量子化学计算方法.ppt

量子化学计量方法，张英范福州大学化学系2009年2月，课程主要内容，第一，有限尺度系统(分子、簇等)电子结构计算方法-使用G03程序2，无限周期系统(一维链化合物、二维层化合物或固体表面、三维固体体相)电子结构大多数量子化学程序都是用fortran语言(fortran 77或fortran 90)编写的，通常由自下而上的句子组成。软件分类、计算原理、ab inite no/first principles(abinite no/first principles)Gaussian、ADF、Dalton、game、 经过几十年的发展和改进，该软件是国际公认的、计算结果可靠的量子化学软件，从一开始就包含计算、反经验、分子动力学等多种方法，可以应用于处理周期表中除一些稀土和放射性元素以外的其他元素所产生的各种化合物的不同规模的有限系统； Crystal98/03:该软件由意大利都灵大学理论化学研究所开发，使用基于原子轨道线性组合的ab initio方法研究固体和表面的电子结构。在奥地利维也纳大学开发的VASP:软件使用密度函数理论研究固体和表面的构成和动力学过程。Castep:类似于VASP程序的ms软件模块之一；Dmol:MS软件模块之一，主要用于有限规模体系结构电子结构研究。实验和理论研究现状、已解决的问题和尚未解决的问题、计算过程、化合物构成的确定、具体方法取决于实验测量结果的使用，或现有计算条件、模型的大小和需要解决的问题，选择可行的计算方法和适当的程序，处理和提取计算结果的有用信息，一般包括构成说明、能量分析、轨道构成、电荷和耦合分析等。即，选定的计算模型与实际情况相匹配。使用高级别的计算方法。但是，由于计算硬件和软件的限制，在大多数情况下，很难同时执行上述两个要求。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，只能为较小的模型选择高级计算方法。因此，确定了计算模型和方法后，建议对其进行验证，以确保计算结果的可靠性。假定当前研究对象为化合物a，可以通过以下方法验证：1.与a化合物现有实验结果进行比较；2.没有实验方面的报告，可以研究与a相似的化合物b，此时以b的实验结果为参考。3.当上述方法不起作用时，主要用于研究系列化合物(如A1、A2、A3)的较大模型和较高级别的计算方法可以作为参考。首先查看大型模型和默认组A1，然后使用结果作为参照，确定计算适当的模型和方法，并将它们应用于A1、A2、A3。，使用高斯03程序，安装和运行G03G03功能和程序结构；创建输入文件并使用主要功能；补充说明；安装和运行G03程序，1 .安装G03程序：(1)。验证执行平台：Windows或Linux？(2)。在Windows平台上：直接运行setup.exe，然后按照提示执行其馀步骤。也可以将安装的G03直接从其他系统复制到本地，但必须设置运行环境。对于Linux平台：如果a. G03是压缩的(文件结尾gz)，请使用gunzip命令解压缩(例如，如果gunzipG03.linux.tar.gzb g03是打包的(文件结尾tar)，请使用tar命令释放它)。示例：tarxvfg03.linux.tarab将一步方法合成为两个步骤。tarzxvfg 03.linux.tar.gz，c .设置环境变量，例如，在用户根目录中。将以下内容添加到cshrc文件中：(也可以在运行g03之前按顺序运行)setenvg03root/home/$USER(设置g03所在的目录，根据实际情况修改)source $ g03r foot/g03/BSD/g03 . logie，2 .运行G03程序：(1)。对于Windows平台：a .对于刚刚安装的g03，请首先检查环境设置。左上，下：默认文字编辑器；G03可执行文件所在的目录；计算中间结果存储目录。默认计算结果存储目录；主输入文件所在的目录；PDB分子组成浏览器；右上、下：设定显示属性，例如背景颜色。设定文字编辑器属性；流程控制属性计算(尤其是批处理作业过程)；Default .编辑Rou文件(此文件的内容默认为计算中使用的内存和硬盘大小)，必须正确设置。否则，执行将出错！B. g03创建或打开输入文件，单击RUN，指定输出文件名称，然后启动运行，c.g03运行进程的控件：顶部按钮的功能从左到右依次为：g03启动运行；暂停进程。作为以下模块(link)运行时暂停进程：重新启动进程。擦除过程(停止运算)；编辑批处理作业完成当前作业运行后，暂停批处理作业。停止批处理操作的运算；查看计算结果。打开文本编辑器。不要随便点击！交换机、计算节点、计算节点、计算节点、网关、用户终端、基于Linux系统的计算拓扑、内部网(高速)、外部网络(常规)、wsLinux平台：说明：网关用作确保intranet安全和稳定性的防火墙，作为网关的计算机通常具有两个网卡，用于连接intranet和intranet。本实验室网关机器IP地址3336219.229.140.103(非固定IP，可能更改)计算作业提交流程：a .用户登录网关-通过SSH远程登录软件实现SSH软件(SSHSecureShellClient-3.2.9.exe)安装完成后，您可以设置并使用网关外部网的IP地址和帐户名。，单击Profiles设置IP地址和用户名；在、b .网关中登录到计算节点-telnet命令实现。例如，telnet134.14.83.5，c.Linux通用命令3360 (1) ls-DOS (5) top-显示当前进程和CPU以及内存使用情况；(6)kill-kill PID号(PID号可通过top命令使用，权限受到限制)；(7)renice-renice级别PID号(0) (8) cat-以cat文件名(9) grep格式显示文件内容。通常用于在一个或多个文件中搜索文字字符串。格式：grep string 文件名示例：grep f= vasp.out (10) scp-网关和intranet内计算节点或外部网络之间的文件传输格式如下：从其他到网关：scp文件用户名网关IP:目录示例：scvasp.outzyf zyf-240:到/网关到其他trans: scp用户名网关IP 3360目录/文件名目标目录示例两者之间的关系如下：iesccommandmodecinsertodecommandmode命令模式下的delete character : xdeletealine : ddsearchastring :/(后退)？(前进)savethechange 33363603360 wsavethechangeandquit 336033603360 wquitewithout saving 33363603360 q！page down 3360 ctrl d page up : ctrl ugo tofileend : shift g got online :n，(12) tar-文件打包命令(应用tar文件扩展名)多个文件/文件包：要打包tarcvf的文件名要打包的文件示例：tarcvfmodel.tar* model.tar创建文件包：tarxvf解压缩文件名示例：tarxvfmodel . tar(13)gzip/gunzip-例如，rshc0102登录到节点c0102，当前用户名rshzyfc0102与相同。但是，用户名为zyfsshc0102sshzyfc0102。根据rsh或ssh服务的特定设置确定是否需要提供密码(16)su-将当前用户切换为超级用户或其他用户示例：将su切换为超级用户suzyf将用户切换为zyf用户(17)ifconfig查看网络设置(18)dmesg查看系统日志运行vitest . gjf(2)g03:g03输出文件名b3lyp=-1.167796；MP2=-1.1299582 MP3=-1.1339601；MP4D=-1.1355271；MP 4 dq=-1.135647 MP 4 sdq=-1.13547；MP 4 sdtq=-1.13547；CCSD=-1.136181 cisd=-1.136185 a . u .(2)。基本组选择、电子本组、伪潜在基本组、高斯函数：gp(p，r)=Npexp(-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，最终系统分子轨道是这些原子轨道的线性组合，1)所有基于电子的组：关键字：sto-3g，3-不同的组具有不同的服务范围。sto-3g(h-xe)；3-21g(h-xe)；6-21g(h-cl)4-31g(h-ne)；6-31g(h-kr)；6-311g (h-kr) d95 (na，mg除外的h-cl)；D95V(H-Ne)，描述：ii)默认组的大小确定基本函数数，即系统中原子轨道的数量，因此MO数可以从选定的基本组推断出来。sto-3g:对于最小基本组，每个原子轨道用三个高斯函数(GF)描述，原子轨道数是基本函数数。O: 1 S2 s2p，原子轨道数为1 1 3=5GF，3 * 5=153-21g:作为分割(split)基准组，内部层的每个AO均以3个GF表示，价格层的AO分为2个GF和1个GF表示的2个组。显然，3-21g的GF数与sto-3g相同。o:内部层为1s，AO为1，GF为层2s的AO为2 x 1=2，GF为2 1=3为层2p的AO为2 x 3=6，GF为3 x 2 3 x 1=9的总计1 2 6=9 AO和3 9=15 GF对mg 价格层3p具有6个AO和9个GF，因此AO 5 2 6=13和GF 15 3 9=27个GF；说明：6-31g:分解(split)基准组，含义类似于3-21g，内部层的每个AO具有6个GF，价格层的AO分解具有3个例如，如果o:内部层为1s，AO为1，GF数为6，层2s的AO为2 x 1=2，GF数为3 1=4，层2p的AO为2 x 3=6，GF数为3 x 3 x 1=12，则总计1 2 6=9 AO和6 4 12=22 GF 价格层3s有2个AO、4个GF、价格层3p有6个AO和12个GF。因此，总计5 2 6=13个AO和30 4 12=GF6-311g:分解基本组AO将分解为3个、1个和GF中描述的3个组。 4-31g和6-21g类似。Iii)使用极化(polarization)函数：在实际计算中，有时需要基于上述标准条件组添加一个或多个极化函数。极化函数是具有高于原子轨道的角度量子数的高斯函数。例如，h的价态轨道必须是1s，p型GF的极化函数，c和o的等价层为p型轨道的原子必须是d型或f型轨道，类似地，过渡金属原子的极