量子化学计算方法-2009.ppt

量子化学计算方法，课程主要内容，一、有限尺度系统(分子、团簇等)的电子结构计算方法。)G03程序二的使用。无限周期系统电子结构的计算方法(一维链状化合物、二维层状化合物或固体表面、三维固相)-主要参考资料-VASP/卡斯特程序：G03用户手册或G03帮助文件的相应网站：VASP用户手册。简介：量子化学软件旨在对量子化学的复杂计算过程进行编程，方便人们使用，提高计算效率，具有很强的通用性。大多数量子化学程序是用Fortran语言(Fortran77或Fortran90)编写的，通常由数万行语句组成。软件分类、计算原理、基于从头开始或第一原理(Abinitio/first principles)的高斯、ADF、道尔顿、Game、Crystal、VASP、维恩、Dmol等。基于半经验或分子力学方法，MOPAC，EHMO，NNEW3等。研究对象、有限尺度系统(分子、团簇等。)高斯、ADF、道尔顿、Gamess、MOPAC、EHMO等。无限周期重复系统(晶体、固体表面、链状聚合物等)。)水晶，新英格兰3，VASP，维也纳等。我们实验室目前常用的量子化软件：高斯98/0:是由Pople等人编写的，经过几十年的发展和完善，该软件已经成为国际公认的计算结果可靠性高的量子化学软件。它包括从头计算、半经验和分子力学方法。它可以应用于不同尺度的有限系统。除了一些稀土元素和放射性元素外，它还能处理元素周期表中其他元素形成的各种化合物。Crystal98/03:该软件由意大利都灵大学理论化学研究所开发。基于原子轨道线性组合的从头计算方法用于研究固体和表面的电子结构。该软件由奥地利维也纳大学开发。基于平面波基集的密度泛函理论用于研究固体和表面的构型和动力学。卡斯特普：微软软件模块之一，类似于VASP程序；Dmol:MS软件模块之一，主要用于研究有限尺度系统的电子结构。理论方法要解决的问题、目前的研究现状，包括实验和理论研究现状、已解决和未解决的问题、计算过程、化合物构型的确定，具体方式包括：利用实验测量结果，或利用软件进行构建等。根据现有的计算条件、模型尺寸和需要解决的问题，选择可行的计算方法和相应的程序，处理计算结果并提取有用信息，一般包括构型描述、能量分析、轨道组成、电荷和成键分析等。与实验结果相比，计算模型和方法的选择是保证计算结果可靠性的关键。理想的情况是：1。所选计算模型与实际情况相符；2.使用高级计算方法。然而，由于计算软件和硬件的限制，在大多数情况下很难同时满足上述两个要求。在实际操作中，当计算模型较大时，只能选择精度较低的计算方法，较小的模型只能选择高级计算方法。因此，在确定计算模型和方法时，最好对其进行验证，以确保计算结果的可靠性。假设当前的研究对象是化合物A，可以通过以下方式进行验证：1 .与化合物A现有实验结果的比较；2.如果没有实验报告，可以研究类似于A的化合物B，此时将参考B的实验结果。3.当上述方法不起作用时，从较大模型和较高级别计算方法获得的计算结果可用作参考。该方法主要用于一系列化合物的研究，如A1、A2和A3，先用大模型和基本群研究A1，然后确定计算量适中的模型和方法，并以此结果作为参考应用于A1、A2和A3。高斯03程序使用、G03安装和操作；G03的功能和程序结构；输入文件的编译和主要功能的使用；补充说明；G03程序安装和操作，1。G03程序安装：(1)。确定操作平台：Windows还是Linux？(2)对于Windows平台：直接运行setup.exe，并按照提示执行其他步骤。也可以将安装在其他机器上的G03直接复制到该机器上，但是需要设置操作环境。对于Linux平台：a .如果G03是压缩的(文件的结尾是gz)，用gunzip命令解压缩：例如，gunzipG03.linux.tar.gzb如果G03是打包的(文件的结尾是tar)，用tar命令释放它：例如，tarxvfg 03.Linux.tar，c .设置环境变量，以cshell为例。将以下内容添加到。用户根目录下的cshrc文件：(也可以在执行g03之前逐个运行)setenvg03root/home/$USER(设置g03所在的目录。根据实际情况)源码$ g03root/g03/BSD/g03.login(激活g03运行时环境变量)setenv gauss _ SCR dir/home/$ user/g03 _ tmp(设置临时目录)d .运行bsd/install，自动配置并行计算环境注意：对于Linux平台，在运行g03时，注意权限，使用chmod命令改变权限并向所有用户打开已安装的g03。2.g03程序操作：(1)。对于刚刚安装的G03，首先检查环境设置：从左到上，默认的文本编辑器是有序的；G03可执行文件目录；计算中间结果存储目录；默认计算结果存储目录；默认输入文件所在的目录；PDB分子构型浏览器；从右上方到下方，设置显示属性(如背景颜色等。)；设置文本编辑器属性；计算过程控制属性(尤其是批处理)；默认值的编辑。Rou文件(文件的内容是默认消耗的内存和硬盘大小)，必须正确设置，否则操作会出错！编写或打开g03输入文件，在给出输出文件名后点击运行并开始运行。控制c.g03运行过程：从左到右最上面的按钮的功能是：开始运行G03暂停进程；运行到下一个模块(链接)时暂停进程；重新启动进程；清除流程(停止操作)；编辑批处理作业；运行当前任务后，暂停批处理作业；停止批处理操作；观察计算结果；打开文本编辑器；不要随意点击！本文的目的是对21世纪中国经济发展的现状进行详细的分析。本实验室网关机的子IP地址为：2(非固定IP，可能会有变化)。计算作业的提交过程：A .通过SSH远程登录软件实现的用户登录网关SSH软件(SSHSecureShellClient-3.2.9.exe)可以从网络上免费下载，安装过程与普通软件安装类似。安装后，设置网关外部网络的IP地址和帐户名。，单击“配置文件”设置IP地址和用户名，b .从网关登录到计算节点-使用telnet命令，例如：telnet，c.Linux通用命令：(1)ls-显示文件列表，相当于DOS下的dir命令：文件属性，用户，大小，创建时间，注意：Linux系统中的字符区分大小写，(2)CP-复制文件命令，相当于DOS下的复制命令： CP-RF (4)RM-删除文件或目录，相当于DOS下的del命令：删除文件，删除目录，(5)top-显示当前进程，CPU和内存使用情况，(6)KILL-以killPID编号的格式终止进程(PID编号可从TOP命令获得，并受权限限制)，(7)renice-以RENICE级别PID编号的格式调整进程的优先级(级别是从0到19的整数，值越高，优先级越低)， (8)目录-以下列格式显示文件内容：目录文件名(9)GREP-通常用于从一个或多个文件中搜索字符串。 格式是：grep string 文件名示例：grep f= vasp . out(10)scp-用于网关和内部网或外部网络中各种计算节点之间的文件传输。格式为：从其他到网关：scp文件用户名网关IP:目录示例：scpvasp . out zyf zyf-2400: /Trans从网关到其他：scp用户名网关IP:目录/文件名目标目录示例：SCPZYF ZYF-24030: /Trans/VASP . out .该命令也可用于同一台计算机的不同用户之间的文件传输，(11)VI-文本编辑命令和两者之间的关系是：在命令模式下，IECCommandModeInsertModeCommandMode可以实现以下功能及其对应的键：DeleteachAtharder : XDeleteine : DDSearchString :/(backward)？(转发)savetechange :3360 wsavethechangeandquit :3360 wqquitewithoutsaving :336 q！向下翻页： ctrl dpageup : ctrl ugotofileend : shift g got online :3360n，(12) tar文件打包命令(适用的文件扩展名是tar)此命令用于打包或解压缩多个文件/目录。常用的格式包括：文件打包：要由tarcvf打包的文件名：要打包的文件示例：tarcvfmodel.tar*生成model.tar文件解包：要由tarxvf解包的文件名：tarxvfmodel.tar(13)gzip/gunzip-文件压缩/解压缩命令(文件扩展名gz)示例：tarcvfmodel.tar生成model.tar.gz文件gunzipmodel.tar.gz生成model.tar文件(14)DU-查看当前目录占用的硬盘空间大小(类似于命令df)示例：du-hdf-h(查看硬盘分区大小)，(15)rsh或ssh但是，用户名是zyfsshc0102sshzyf c0102。根据rsh或ssh服务的具体设置，确定是否需要提供密码(16)su-从当前用户到超级用户或其他用户。例如：su to super user suzyf将用户更改为zyf user(17)if config-查看网络设置(18)dmesg-查看系统日志(19) Adduser，passwd，d. run g03 process: (1)写入输入文件：用vi命令或ftp写入，在Windows下写入后写入到Linux系统；gjf(2)运行g03:g03输出文件名B3LYP=-1.1647796；MP2=-1.129582 MP3=-1.1339601；MP4D=-1.1355271；MP4DQ=-1.13547 P4SDQ=-1.13547；MP4SDTQ=-1.13547；CCSD=-1.1361895 cisd=-1.1361895 a . u .(2)。选择基组、全电子基组、赝势基组、高斯函数：gp(p，r)=Nexp(-pr2)原子轨道可以表示为高斯函数的线性组合： 1s= p=1，l (dpgp ( p，r)、系数、指数、最终系统的分子轨道是这些原子轨道的线性组合，1)。全电子组：关键词：STO-3G，3-21G，4-31G，6-21G，6-31G，6-311G，D95/D95V描述：1)。不同的群体有不同的应用范围：STO-3G；3-21G(氢-氙)；6-21G(氢-氯)4-31G(氢-氖)；6-31G(氢氪)；6-311克(氢-氪)D95(氢-氯，钠、镁除外)；D95V(H-Ne)表明：ii)基群的大小决定了基函数的数目，即系统的原子轨道的数目。因此，可以从所选择的基组中推断出MO的数量：STO-3G:是最小基组，每个原子轨道由三个高斯函数(GF)来描述，并且原子轨道的数量是基函数的数量。例如，o: 1s2s2p，原子轨道的数目是1 1 3=5gf，原子轨道的数目是3 * 5=153-21g:它是分裂自由基，这意味着内层中的每个AO由3个GF描述，而价层中的AO被分成两个组，分别由2个GF和1个GF描述。显然，3-21g的GF数与sto-3g相同。例如，o:内层是1s，AO数是1，对于三价层2s，GF数是2*1=2，对于三价层2p，GF数是21=2*3=6，GF数是3*2 3*1=9，总计1 2 6=9 AO，3 3 9=15 GF，对于mg: 1s2s2p3s3p内层是2s和2p，总计1 1 3=5 AO，3*5=15 GF。价层3s有2个AO和3个gfs，价层3p有6个AO和9个gfs，因此总计5 2 6=13个AO和15 3 9=27个GFs。结果表明，6-31g是一个分裂基团，其含义与3-21g相同。内层的每个AO由6个gf描述，而价层的AO被分成两组，分别由3个gf和1个gf描述。例如，0:内层为1s，AO数为1，GF数为2s，6价层2s的AO数为2*1=2，GF数为31=2p，4价层2p的AO数为2*3=6，GF数为3*3 3*1=12，总共1 2 6=9 AO和6 4 12=22个GF对。 在3价层中有2个AO和4个GF，在3价层中有6个AO和12个GF，因此总共有5 2 6=13个AO和30 4 12=46个GF6311g也是解理基团，只是价层的AO解理分为3组，分别用3、1和1个GF表示。 类似于4-31g和6-21g。Iii)极化函数的使用：在实际计算中，有时需要在上述标准基组的基础上增加一个或多个极化函数。极化函数是指角量子数高于价轨道的高斯函数。例如，如果氢的价轨道是1s，它的极化函数是P型GF。类似地，对于碳和氧等效层是P轨道的原子，它们的极化函数应该是D型或F型轨道。类似地，过渡金属原子的极化函数是F型轨道。极化函数的目的是使价轨道在空间取向上更“软”，