Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса




НазваниеКомплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса
страница1/6
Дата публикации23.02.2013
Размер0.55 Mb.
ТипДокументы
shkolnie.ru > Информатика > Документы
  1   2   3   4   5   6
Комплекс квантово-механических

расчетов GAMESS
1.1. Возможности комплекса
Программный пакет Gamess (General Atomic and Molecular Electronic Structure System) предназначен для расчета физических характеристик наноструктур и описания механизмов химических реакций, например, таких как диссоциация и синтез. С этой целью в программе было реализовано множество алгоритмов для различных вычислительных методов квантовой химии, обладающих различной степенью точности и вычислительной нагрузкой, начиная от наиболее простых и быстрых полуэмпирических методов AM1 и PM3 до наиболее точных, но требующих больших вычислительных ресурсов MCQDPT и MP4-SPTQ. В версии 7.1.5 реализованы следующие алгоритмы.

  1. Расчет энергии системы методами: RHF, UHF, ROHF, GVB, MCSCF.

  2. Расчет энергии системы по теории возмущений: MP2, MP3, MP4 для однодерминантных волновых функций (ВФ) и MP4-SPTQ… для многодетерминантных ВФ.

  3. Расчет энергии полуэмпирическими методами MNDO, AM1 или PM3 в рамках однодетерминантного приближения.

  4. Расчет физических характеристик наноструктур (энергия; дипольные, квадрупольные и октупольные моменты; электростатический потенциал; электрические полевые градиенты; электронную и спиновую плотности; анализ заселения АО по Малликену и Левдину; заселенности связей) с использованием вычисленной ВФ.

  5. Оптимизация геометрии молекулярной системы.

  6. Поиск седловых точек на поверхности потенциальной энергии.

  7. Расчет Гессиана энергии, вычисление с его помощью колебательных частот и интенсивностей инфракрасных (IR) спектров.

  8. Поиск геометрического пути реакции между реактантами и реагентами.

  9. Расчет вероятности радиационных переходов.

  10. Учет вклада спин-орбитального взаимодействия ВФ.

  11. Учет влияния электрических полей.

  12. Вычисление линейной поляризации молекулы, а также первого и второго порядка гиперполяризации.

  13. Расчет аналитических свойств нелинейной оптической поляризации для функций, полученных в рамках RHF.

  14. Расчет влияния сольватной оболочки, используя следующие модели сольватных эффектов: effective fragment potentials (EFP); polarizable continuum model (PCM); self-consistent reaction field (SCRF).


1.2. Описание интерфейса
Управление программой происходит при помощи входного текстового файла, в котором записывается информация об исследуемом соединении и указывается, какие физические характеристики данного соединения должны быть вычислены, при помощи каких методов это должно быть сделано и с какой точностью.

В качестве имени входного файла допускается любая комбинация латинских символов. Расширение файла также может быть произвольным, но традиционно используется расширение INP. После создания входного файла с вычислительным заданием, необходимо запустить программу при помощи самостоятельно написанного стартового файла с расширением bat. Данный файл можно создать в любом текстовом редакторе, например notepad. Для этого необходимо набрать сам текст файла, а при сохранении в качестве расширении сохраняемого файла выбрать bat расширение.

Приведем примерный текст стартового файла test.bat:

del C:\Gamess\INPUT >nul

del C:\Gamess\Reshenie.out >nul

del C:\Gamess\PUNCH >nul

del C:\Gamess\AOINTS >nul

del C:\Gamess\CIINTS >nul

del C:\Gamess\CIVECTR >nul

del C:\Gamess\DICTNRY >nul

del C:\Gamess\MOINTS >nul

del C:\Gamess\WORK15 >nul

del C:\Gamess \WORK16 >nul

cls

COPY C:\Gamess\Zadanie.inp INPUT

C:\Gamess\PCGAMESS.EXE > C:\Gamess\Reshenie.out
Группа команд del удаляет рабочие файлы, оставшиеся от предыдущих запусков программы, находящейся в директории C:\Gamess. Это необходимо для корректной работы программы. Далее при помощи команды COPY C:\Gamess\Zadanie.inp INPUT происходит считывание вычислительного задания из файла Zadanie.inp.

Запуск программы производится командой

^ C:\Gamess\PCGAMESS.EXE > C:\Gamess\Reshenie.out.

В команде указано, что полученное решение должно быть записано в выходной файл Reshenie.out. Следует особо отметить, что директория нахождения входного и выходного файла вовсе не должна совпадать с директорией Gamess, это могут быть три различные директории. Выходной файл представляет собой текстовый файл, в качестве имени которого допускается любая комбинация латинских символов, расширение также может быть произвольным, но традиционно используется расширение OUT. Для облегчения анализа полученного решения используются программы-визуализаторы, например, ChemCraft.
1.3. Входной файл
Входной файл состоит из блоков с командами. В нем каждый блок отвечает за определенные функции вычислительного алгоритма, а также за сам выбор алгоритма решения из уже реализованных в программе вариантов.

Внутри блока находится строго определенное количество переменных, при срабатывании блока происходит считывание всех значений переменных, и все переменные оказывают влияние на ход решения. Однако зачастую большинство переменных из запуска в запуск используют одни и те же значения и поэтому, чтобы не загромождать ненужной информацией входной файл, практически все переменные имеют значения, используемые по умолчанию. Пусть, например, блок состоит из двадцати переменных и нам нужно сменить значения, используемые по умолчанию, на необходимые только у трех из них. Можно ограничиться указанием в теле блока только трех этих переменных с необходимыми значениями, все неуказанные переменные при активации блока будут иметь значения, используемые по умолчанию. Это значительно упрощает написание вычислительных заданий, но всегда нужно помнить о неуказанных в теле блока переменных и их значениях. Наряду с переменными по умолчанию могут использоваться и целые блоки, в этом случае в неуказном, но активном блоке все переменные будут иметь значения, используемые по умолчанию.

Иногда предлагаемые программой значения переменных могут не сочетаться с уже указанными и оказывать негативное влияние на ход решения, поэтому всегда перед первым запуском необходимо проверять значения всех переменных во всех активных блоках.

Каждый блок имеет структуру:

$имя_блока … <переменная>=<значение>… $END, положение начала блока строго определено, это второй символ в строке. В качестве первого символа в строке может быть только < ! >, данный символ превращает все стоящие после него символы в комментарий. Кроме того в программе присутствует механизм поэтапного подключения блоков. Использование определенного значения определенной переменой влечет за собой активацию дополнительного блока. Например, если в блоке $CONTRL переменной SCFTYP присвоить значение MCSCF, то это приведет к активации блока $MCSCF. В нем присутствует переменная CISTEP, которая может иметь значения GUGA или ALDET, использование одного из этих значений приводит к активации нового блока $DRT или $DET соответственно. Таким образом, мы имеем, целую цепочку поэтапной активации блоков $CONTRL$MCSCF$DRT или $DET.

Все используемые в программе Gamess блоки со всеми значениями и комментариями к ним приведены в файле Input.doc (см. электронную версию на анг. языке). В документации присутствует файл Refs.doc (см. электронную версию на анг. языке) с описанием работы реализованных в программе вычислительных алгоритмов, а также приведены примеры готовых к запуску входных файлов. Остановимся на изучении работы программы на конкретных примерах.

Приведем пример входного файла, в котором записано задание для вычисления энергии системы из двух атомов углерода, находящихся на расстоянии 2 Å. Система имеет мультиплетность M = 3, используемый базис – N31.

Стартовый файл Zadanie.inp, отвечающий этим условиям, имеет вид:

$CONTRL RUNTYP=ENERGY SCFTYP=UHF MULT=3 $END

$GUESS GUESS=HUCKEL $END

$BASIS GBASIS=N31 NGAUSS=6 DIFFSP=.FALSE. $END

$DATA

Energy Carbon 2

C1

Carbon 6.0 0.0 0.0 0.0

Carbon 6.0 2.0 0.0 0.0

$END


Как видно из этого примера, значения переменных в Gamess могут числовыми (3), символьными (HUCKEL) и логическими (.true. или .false.). Часто логические значения .true. , .false. заменяют укороченными .T., .F.

Следует отметить, что для запуска необходимо знание структуры блоков $CONTRL, $GUESS, $BASIS, $DATA, описание которых дано в главе ^ Вычисление Энергии методом Хартри-Фока
1.4. Выходной файл
Запустив Gamess при помощи стартового файла Test.bat с вышенаписанным заданием, получим выходной файл Reshenie.out с результатами вычислений. Сам файл приводить не будем из-за его большой величины. Укажем основные структурные группы, на которые делится выходной файл:

  1. подготовительная часть;

  2. процедура самосогласования решения;

  3. оптимизированные молекулярные орбитали;

  4. энергетические характеристики системы;

  5. физические характеристики системы.

Подготовительная частьот начала файла до выражения UHF SCF CALCULATION. Здесь содержится информация о задании (копируется часть входного файла), используемом базисном наборе с указанием показателей экспонент и коэффициентов сжатия (см. раздел «Вычисление энергии методом Хартри-Фока»), значения всех переменных во всех активных блоках.

^ Процедура самосогласованния решения. Total Energy – полная энергия системы, показатели E Change (приращение по энергии на i-ом шаге) и Density Change (относительное изменение плотности) выполняют функцию контроля сходимости решения.

В ряде случаев полезно следить за процедурой самосогласования решения при помощи файловых диспетчеров (программа FAR). Это позволяет на ранней стадии заметить зацикливание и раскачку процесса оптимизации самосогласования. В этом случае во избежание потери времени рекомендуется прервать работу Gamess и перезапустить программу с видоизмененным заданием.


UHF SCF CALCULATION

-------------------

NUCLEAR ENERGY = 9.5251904863

MAXIT = 30 NPUNCH= 2 MULT= 3

EXTRAP=T DAMP=F SHIFT=F RSTRCT=F DIIS=T SOSCF=F

DENSITY CONV= 1.00E-05

MEMORY REQUIRED FOR UHF/ROHF STEP= 13020 WORDS.
ITER EX TOTAL ENERGY E CHANGE DENSITY CHANGE DIIS ERROR

1 0 -75.129177086 -75.129177086 0.302383971 0.559803535

* * * INITIATING DIIS PROCEDURE * * *

2 1 -75.281985999 -0.152808913 0.036319146 0.063319277

3 2 -75.290049537 -0.008063538 0.015412479 0.018271318

4 3 -75.290975224 -0.000925687 0.002802687 0.002089878

5 4 -75.290983671 -0.000008447 0.000702164 0.000490408

6 5 -75.290984202 -0.000000530 0.000326228 0.000153668

7 6 -75.290984311 -0.000000109 0.000086990 0.000049348

8 7 -75.290984321 -0.000000010 0.000015880 0.000012506

9 8 -75.290984321 -0.000000001 0.000001924 0.000001321

10 9 -75.290984321 0.000000000 0.000000413 0.000000332



Оптимизированные молекулярные орбитали, полученные в результате самосогласования решения.

При перечислении орбитали располагаются в порядке возрастания энергии. Заметим, что энергия занятых орбиталей всегда меньше энергии незанятых (виртуальных), которая в принципе не имеет ни какого смысла, так как виртуальные орбитали напрямую не участвуют в процессе самосогласования решения.

Само перечисление орбиталей происходит следующим образом (вначале идет перечисление всех альфа-орбиталей, затем бета).

По строкам:

1) порядковый номер;

2) энергия;

3) симметрия.

Начиная с четвертой строки и пятого столбца, идет перечисление коэффициентов разложения орбитали по использованному при вычислении базису.

По столбцам, начиная слева:

1) номер строки;

2) химический элемент ядра;

3) порядковый номер ядра, на котором центрирована функция;

4) тип базисной функции (более подробно в главе Вычисление энергии методом Хартри-Фока).


----- ALPHA SET -----

------------

EIGENVECTORS

------------

1 2 3 4 5

- 11.4224 -11.4220 -0.9176 -0.7183 -0.3890

A A A A A

1 C 1 S 0.704581 0.704699 -0.152005 0.164691 0.041621

2 C 1 S 0.014191 0.014810 0.315719 -0.356667 -0.103250

3 C 1 X 0.001458 0.001197 0.083046 0.075300 0.410793

4 C 1 Y 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

5 C 1 Z 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

6 C 1 S -0.003210 -0.006294 0.348753 -0.459183 -0.168979

7 C 1 X -0.000594 -0.002458 0.046706 0.018324 0.299624

8 C 1 Y 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

9 C 1 Z 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000

10 C 2 S 0.704581 -0.704699 -0.152005 -0.164691 0.041621

11 C 2 S 0.014191 -0.014810 0.315719 0.356667 -0.103250

………………………………………………………………………………………………………….


Рассчитанные Энергетические характеристики системы в выходном файле представлены в блоке:


------------------------------

properties for the UHF density

------------------------------
-----------------

ENERGY COMPONENTS

-----------------
WAVEFUNCTION NORMALIZATION = 1.0000000000
ONE ELECTRON ENERGY = -119.4501956335

TWO ELECTRON ENERGY = 34.6340208258

NUCLEAR REPULSION ENERGY = 9.5251904863

------------------

TOTAL ENERGY = -75.2909843214
ELECTRON-ELECTRON POTENTIAL ENERGY = 34.6340208258

NUCLEUS-ELECTRON POTENTIAL ENERGY = -194.1502414459

NUCLEUS-NUCLEUS POTENTIAL ENERGY = 9.5251904863

------------------

TOTAL POTENTIAL ENERGY = -149.9910301338

TOTAL KINETIC ENERGY = 74.7000458124

VIRIAL RATIO (V/T) = 2.0079108186


Где:

WAVEFUNCTION NORMALIZATION – нормировка волновой функции;

ONE ELECTRON ENERGY – одноэлектронный вклад в энергию системы;

TWO ELECTRON ENERGY – двухэлектронный вклад в энергию системы;

NUCLEAR REPULSION ENERGY – энергия взаимодействия ядер атомов друг с другом;

TOTAL ENERGY – энергия системы;

ELECTRON-ELECTRON POTENTIAL ENERGY – потенциальная энергия взаимодействия электронов друг с другом;

NUCLEUS-ELECTRON POTENTIAL ENERGY – потенциальная энергия взаимодействия электронов с ядрами атомов;

NUCLEUS-NUCLEUS POTENTIAL ENERGY – потенциальная энергия взаимодействия ядер атомов друг с другом;

TOTAL POTENTIAL ENERGY – полная потенциальная энергия системы;

TOTAL KINETIC ENERGY – полная кинетическая энергия системы;

VIRIAL RATIO (V/T) – соотношение между потенциальной V и кинетической энергиями T системы, т.е. проверка теоремы о вириале (соотношения V + 2*T = 0). чем ближе отношение V/T к 2.0, тем точнее решение.

Рассчитанные значения^ Физических характеристик систем представлены в последующей группе. Содержание данной группы зависит от задания, в нашем случае происходит анализ населенностей по Малликену (Mulliken), спиновой плотности, порядка связей, электростатических моментов.
Практическое задание 1.1

  1. Создать стартовый и входной файл, приведенный выше.

  2. Запустить Gamess и изучить выходной файл, найти описанные выше группы данных.

  1   2   3   4   5   6

Похожие:

Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса iconКомплекс квантово-механических расчетов HyperChem Возможности комплекса
ММ+ (на базе мм2), Amber, opls и bio+ (на базе charmm). Реализованы полуэмпирические методы: расширенный метод Хюккеля, cndo, indo,...
Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса iconТеория бухгалтерского учета 1
Учет расчетов с учредителями. Учет расчетов по кредитам и займам. Учет расчетов с персоналом по прочим операциям. Учет расчетов с...
Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса icon«Перезагрузка» лесного комплекса»
Костромской области обеспечивает необходимую поддержку предприятиям лесного комплекса. Впервые за всю историю существования региона...
Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса iconКомплекс астлу "Феодосийский вариант" ООО "РиКо" Автоматизированная система
А так же конфигурирования рабочих мест и отдельных задач комплекса на предприятиях электросвязи. Данный документ должен рассматриваться...
Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса icon4-3-6 Информация об инновационных проектах. Информационно-телекоммуникационный...
Построение информационно-телекоммуникационного комплекса оповещения и связи для расширения функциональных возможностей комплекса...
Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса iconПрайс лето 2013 года
«абба» Гостиничный комплекс г. Бердянск, Средняя коса, расстояние до моря 400 метров, рядом рынок, развлекательный детский комплекс....
Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса iconФункциональные возможности вычислительной техники как составного...
Функциональные возможности вычислительной техники как составного элемента комплекса для терапии гипоксии (возникающей при намеренном...
Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса iconДипломная работа На тему: “Система электронных расчетов. Учет операций по электронным платежам”
Сущность и основные понятия электронной системы безналичных расчетов в России
Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса iconПо открытию и ведению счета для расчетов с использованием международных...
Комиссия за ведение счета и осуществление расчетов по основной карте (ежегодный платеж)*
Комплекс квантово-механических расчетов gamess возможности комплекса iconОрганизациями и индивидуальными предпринимателями
В соответствии с Федеральным законом "О применении контрольно-кассовой техники при осуществлении наличных денежных расчетов и (или)...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
shkolnie.ru
Главная страница