1. 請教一些晶體學的知識
太簡單了,我們學校就有這種程序,叫做高斯什麼的,
具體我給你問問同事。
等著好消息!
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Gaussian是一個功能強大的量子化學綜合軟體包。其可執行程序可在不同型號的大型計算機,超級計算機,工作站和個人計算機上運行,並相應有不同的版本。
高斯功能:
分子能量和結構
過渡態能量和結構
鍵和反應能量
分子軌道
多重矩
原子電荷和電勢
振動頻率
紅外和拉曼光譜
核磁性質
極化率和超極化率
熱力學性質
反應路徑
計算可以對體系的基態或激發態執行。可以預測周期體系的能量,結構和分子軌道。因
此,Gaussian可以作為功能強大的工具,用於研究許多化學領域的課題,例如取代基的影響,化學反應機理,勢能曲面和激發能等等。
關於Gaussian 03 的介紹
是Gaussian系列電子結構程序的最新版本。它在化學、化工、生物化學、物理化學等化學相關領域方面的功能都進行了增強。
1.研究大分子的反應和光譜
Gaussian 03對ONIOM做了重大修改,能夠處理更大的分子(例如,酶),可以研究有機體系的反應機制,表面和表面反應的團簇模型,有機物光化學過程,有機和有機金屬化合物的取代影響和反應,以及均相催化作用等。
ONIOM的其它新功能還有:定製分子力學力場;高效的ONIOM頻率計算;ONIOM對電、磁性質的計算。
2.通過自旋-自旋耦合常數確定構像
當沒有X-射線結構可以利用時,研究新化合物的構像是相當困難的。NMR光譜的磁屏蔽數據提供了分子中各原子之間的連接信息。自旋-自旋耦合常數可用來幫助識別分子的特定構像,因為它們依賴於分子結構的扭轉角。
除了以前版本提供的NMR屏蔽和化學位移以外,Gaussian 03還能預測自旋-自旋耦合常數。通過對不同構像計算這些常數,並對預測的和觀測的光譜做比較,可以識別觀測到的特定構像。另外,歸屬觀測的峰值到特定的原子也比較容易。
3.研究周期性體系
Gaussian 03擴展了化學體系的研究范圍,它可以用周期性邊界條件的方法(PBC)模擬周期性體系,例如聚合物和晶體。PBC技術把體系作為重復的單元進行模擬,以確定化合物的結構和整體性質。例如,Gaussian 03可以預測聚合物的平衡結構和過渡結構。通過計算異構能量,反應能量等,它還可以研究聚合物的反應,包括分解,降解,燃燒等。Gaussian 03還可以模擬化合物的能帶隙。
PBC的其它功能還有:(1) 二維PBC方法可以模擬表面化學,例如在表面和晶體上的反應。用同樣的基組,Hartree-Fock或DFT理論方法還可以用表面模型或團簇模型研究相同的問題。Gaussian 03使得對研究的問題可以選擇合適的近似方法,而不是使問題滿足於模塊的能力極限。(2) 三維PBC:預測晶體以及其它三維周期體系的結構和整體性質。
4.預測光譜
Gaussian 03可以計算各種光譜和光譜特性。包括:IR和Raman;預共振Raman;紫外-可見;NMR;振動圓形二色性(VCD);電子圓形二色性(ECD);旋光色散(ORD);諧性振-轉耦合;非諧性振動及振-轉耦合;g張量以及其它的超精細光譜張量。
5.模擬在反應和分子特性中溶劑的影響
在氣相和在溶液之間,分子特性和化學反應經常變化很大。例如,低位構像在氣相和在(不同溶劑的)溶液中,具有完全不同的能量,構像的平衡結構也不同,化學反應具有不同的路徑。Gaussian 03提供極化連續介質模型(PCM),用於模擬溶液體系。這個方法把溶劑描述為極化的連續介質,並把溶質放入溶劑間的空穴中。
Gaussian 03的PCM功能包含了許多重大的改進,擴展了研究問題的范圍:可以計算溶劑中的激發能,以及激發態的有關特性;NMR以及其它的磁性能;用能量的解析二級導數計算振動頻率,IR和Raman光譜,以及其它特性;極化率和超極劃率;執行性能上的改善。
G03W的界面和G98W相比,沒有什麼變化,G98W的用戶不需要重新熟悉界面。
Gaussian 03新增加了以下內容:
新的量子化學方法
(1) ONIOM模塊做了增強
對ONIOM(MO:MM)計算支持電子嵌入,可以在QM區域的計算中考慮MM區域的電特性。
通過演算法的改善,ONIOM(MO:MM)對大分子(如蛋白質)的優化更快,結果更可靠。
ONIOM(MO:MM)能夠計算解析頻率,ONIOM(MO:MO)的頻率計算更快。
提供對一般分子力場(MM)的支持,包括讀入和修改參數。包含了獨立的MM優化程序。
支持任何ONIOM模擬的外部程序。
(2) 修改和增強了溶劑模塊
改善和增強了連續介質模型(PCM):
默認是IEFPCM模型,解析頻率計算可以用於SCRF方法。此外改善了空穴生成技術。
模擬溶液中的很多特性。
可以對Klamt的COSMO-RS程序產生輸入,通過統計力學方法,用於計算溶解能,配分系數,蒸汽壓,以及其它整體性質。
(3) 周期性邊界條件(PBC)
增加了PBC模塊,用於研究周期體系,例如聚合物,表面,和晶體。PBC模塊可以對一維、二維或三維重復性分子或波函求解具有邊界條件的Schrodinger方程。周期體系可以用HF和DFT研究能量和梯度;
(4) 分子動力學方法
動力學計算可以定性地了解反應機制和定量地了解反應產物分布。計算包含兩個主要近似:
Born-Oppenheimer分子動力學(BOMD), 對勢能曲面的局域二次近似計算經典軌跡。計算用Hessian演算法預測和校正走步,較以前的計算在步長上能夠改善10倍以上。還可以使用解析二級導數,BOMD能夠用於所有具有解析梯度的理論方法。
提供原子中心密度矩陣傳播(ADMP)分子動力學方法,用於Hartree-Fock和DFT。吸取了Car和Parrinello的經驗,ADMP傳遞電子自由度,而不是求解每個核結構的SCF方程。與Car-Parrinello不同之處在於,ADMP傳遞密度矩陣而不是MO。如果使用了原子中心基組,執行效率會更高。這一方法解決了Car-Parrinello存在的一些限制,例如,不再需要用D代替H以獲得能量守恆,純DFT和混合DFT均可使用。ADMP也可以在溶劑存在的情況下執行,ADMP可以用於ONIOM(MO:MM)計算。
(5) 激發態
激發態計算方面做了增強:
由於改善了在完全組態相互作用計算中求解CI矢量的演算法,提高了CASSCF執行效率。對能量和梯度計算可以使用約14個軌道(頻率計算仍是8個)。
限制活性空間(RAS)的SCF方法。RASSCF把分子軌道分成五個部分:最低的占據軌道(計算中作為非活性軌道考慮),計算中作為雙占據的RAS1空間,包含對所研究問題非常重要分子軌道的RAS2空間,弱占據的RAS3空間,以及未占據軌道(計算中做凍結處理)。因此,CASSCF在RAS計算中分成三個部分,考慮的組態通過定義RAS1空間允許的最少電子數和RAS3空間允許的最多電子數,以及三個RAS空間電子總數來產生。
NBO軌道可用於定義CAS和RAS活性空間。對於對應成鍵/孤對電子的反鍵軌道可以提供相當好的初始猜測。
對稱性匹配簇/組態相互作用(SAC-CI)方法,用於有機體系激發態的高精度計算,研究兩個或更多電子激發的過程(例如電離譜的擾動),以及其它的問題。
CIS,TD-HF和TD-DFT的激發態計算中可以考慮溶劑影響。
新的分子特性
(1) 自旋-自旋耦合常數,用於輔助識別磁譜的構像。
(2) g張量以及其它的超精細光譜張量,包括核電四次常數,轉動常數,四次離心畸變項,電子自旋轉動項,核自旋轉動項,偶極超精細項,以及Fermi接觸項。所有的張量可以輸出到Pickett的擬合與光譜分析程序。
(3) 諧性振-轉耦合常數。分子的光譜特性依賴於分子振、轉模式的耦合。可用於分析轉動譜。
(4) 非諧性振動及振-轉耦合。通過使用微擾理論,更高級的項可以包含到頻率計算中,以產生更精確的結果。
(5) 預共振Raman光譜,可以產生基態結構,原子間連接,以及振動態的信息。
(6) 旋光性以及旋光色散,通過GIAO計算,用於識別手性體系的異構體。
(7) 電子圓二色性(ECD)。這一特性是光學活性分子在可見-紫外區域的差異吸收,用於歸屬絕對構型。預測的光譜還可用於解釋已存在的ECD數據和歸屬峰位,
(8) 含頻極化和超極化,用於研究材料的分子特性隨入射光波長的變化。
(9) 用量度無關原子軌道(GIAO)方法計算磁化率,它類似於電極化率,用於研究分子的順磁/反磁特性。
(10) 預測氣相和在溶劑中的電、磁特性和光譜。
(11) ONIOM預測電、磁特性。
新增加的基本演算法
(1) 更好的初始軌道猜測。Gaussian 03使用Harris泛函產生初始猜測。這個泛函是對DFT非迭代的近似,它產生的初始軌道比Gaussian 98要好,例如,對有機體系有所改善,對金屬體系有明顯改善。
(2) 新的SCF收斂演算法,幾乎可以解決以前所有的收斂問題。對於其它極少數的不收斂情況,Gaussian 03提供了Fermi展寬和阻尼方法。
(3) 純DFT計算的密度擬合近似。這一近似在計算庫侖相互作用時,把密度用一組原子中心函數展開,而不是計算全部的雙電子積分。它用線性換算的演算法,對中等體系的純DFT計算可以極大地提高計算效率,而又不損失多少精度。Gaussian 03可以對AO基自動產生合適的擬合基,也可以選擇內置的擬合基。
(4) 更快的自動FMM方法,用於適中的體系(純DFT約100個原子,混合DFT約150個原子)。
(5) 對純DFT使用更快的庫侖能演算法,節省庫侖問題的CPU時間。
(6) O(N)更精確的交換能量項。在Hartree-Fock和DFT計算中,通過刪除密度矩陣的零值項來屏蔽精確的交換貢獻。這可以節省時間,而又不損失精度。
新增功能:
(1) 新的密度泛函:OPTX交換,PBE和B95相關,VSXC和HCTH純泛函,B1及其變體B98,B97-1,B97-2,PBE1PBE混合泛函。
(2) 高精度能量方法:G3及其變體,W1方法。另外還包含W1BD,它用BD代替耦合簇,比CBS-QB3和G3更精確,當然計算也更加昂貴。
(3) 對重元素全電子基組計算的Douglas-Kroll-Hess標量相對論修正,用於當ECP基組不能滿足精度的情況。
(4) 逼近基組極限的UGBS基組。
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Gaussian 98介紹
Gaussian 98(以下簡稱G98)是一個功能強大的量子化學綜合軟體包。其可執行程序可在不同型號的大型計算機、超級計算機、工作站、和個人計算機上運行,並相應有不同的版本。在執行分子計算作業時,這些不同版本所使用的輸入文件的核心部分的格式,包括作業控制所用的關鍵詞、可選項代號都是一樣的。其差別僅僅是輸入文件Link0 部位中執行作業初始化的控制語句因計算機型號而異。因此,只要在一種型號的計算機上較熟練地掌握了該軟體包的使用,改用其他計算機或操作系統上的軟體版本是輕而易舉的事。鑒於PC 機硬體技術的飛速發展和操作當不斷改進,不僅使多數量子化學計算工作可以方便地在個人計算機上進行,而且其計算速度和計算容量與工作站的差距在不斷縮小。Gaussian 98 for Windows(以下簡稱G98W)與G98 其它版本在同步升級,而且它可方便地與Windows 平台上的具分子構建和圖像顯示功能的ChemOffice、HyperChem 等軟體結合使用,從而使得輸入文件編輯和計算結果分析處理變得十分方便。目前,G98W 已成為世界上被使用最廣的量子化學程序版本。對於初涉計算量子化學領域的學生和研究工作者,從G98W 起步無疑是最佳的選擇。
Gaussian 98 基本功能
基本功能系指G98 計算功能與其前一版本G94 的相同部分。即:可執行各類不同精度和理論檔次的MO 計算,包括Hartree-Fock 水平從頭算(HF)、Post-HF 從頭算(各級CI 和MP)、MC-SCF法、密度泛函理論(DFT),以及多種半經驗量子化學方法,進行分子和化學反應性質的理論預測。
主要計算項目包括:
? 分子的能量與幾何結構
? 化學反應過渡態的能量與幾何結構
? 振動頻率分析
? 紅外與拉曼光譜
? 分子的熱化學性質
? 鍵能與化學反應能
? 化學反應途徑
? 分子軌道的能量與性質
? 原子電荷分布(電子布居分析)和自旋密度分布
? 分子的多極矩(永久偶極矩和四極至十六極矩)
? NMR 屏蔽常數、化學位移及分子的磁化率
? 振動園二色強度(Vibrational circular dichroism intensities)
? 電子親和性與電離勢
? 極化率與超極化率
? 靜電勢與電子密度分布
GaussView介紹
GaussView 3.0 讓Gaussian 03 的使用變得十分簡單而直接:利用高級的 3D 結構建構工具描繪分子,或從標准格式檔案讀入。從圖形介面建立並送出 Gaussian 03 計算工作,並實時監控計算過程。以最新進的圖形顯示功能檢視計算結果:顯示分子軌域和其它性質的表面,光譜,振動型式動畫,幾何優選過程和反應路徑。
GaussView 支持 Gaussian 03 所有功能,利用圖表工具產生計算工作的關鍵詞和選項參數、分子系統設定,以及其它高階計算類型所需的輸入數據。利用 GaussView 可以很容易的設定 ONIOM 各層原子的定義、周期系統計算工作的單位格子、 CASSCF 主動空間設定、使用STQN方法作過渡狀態結構幾何優選計算時的分子結構定義,等等。
外部鏈接
Gaussian公司主頁 http://www.gaussian.com
許多優秀科學家,甚至包括[[約翰·波普]]和其他許多參與過Gaussian開發的科學家,均被Gaussian, Inc.公司列入黑名單,禁止他們接觸和使用Gaussian軟體。Gaussian, Inc.認為黑名單上的學者正在為其競爭對手編寫軟體,為了維護公司的利益,必須防止這些科學家接觸到Gaussian的代碼。此外,Gaussian的開發人員指出,黑名單上的學者將其開發的演算法公布,使之進入公共領域,可以被其他人自由使用。