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Gaussian量化模擬入門教程（一）：基本理論與操作實踐

來源：計算狗時間：2020-10-12 16:38:02 瀏覽：14441次

1. Gaussian軟件適用范圍

Gaussian量化模擬入門教程-1

基于Gaussian軟件進行的量化模擬主要應(yīng)用對象為孤立體系，即針對非周期性結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)進行計算和分析。利用Gaussian的計算結(jié)果，結(jié)合合適的分析方法或分析軟件，可以獲知研究對象的能量、靜電勢、分子軌道、電子結(jié)構(gòu)、振動形式、激發(fā)態(tài)等諸多信息，或用于尋找反應(yīng)的過渡態(tài)、反應(yīng)路徑。需要說明的是，Gaussian軟件并非不支持周期性結(jié)構(gòu)（如晶體、納米管等）額計算，只是由于計算效率較低，人們通常會選擇其他更為合適的軟件（如VASP、CASTEP）來進行周期性結(jié)構(gòu)模擬。介于上述理由，Gaussian計算的輸入模型通常是單個分子，或由多個原子/分子構(gòu)成的團簇結(jié)構(gòu)。本文將以一些簡單的例子來介紹基于Gaussian軟件進行模擬的操作流程，并對其中涉及到的輸入、輸出文件內(nèi)容的關(guān)鍵信息進行介紹。

2. 軟件安裝

利用Gaussian軟件進行量化模擬，一般會需要安裝3個軟件，即：Gaussian09，GaussView和Multiwfn三個軟件。其中Gaussian09是用于計算的主程序，現(xiàn)有版本升級后的Gaussian16可供選用。GaussView的主要作用是進行建模并生成相應(yīng)的輸入文件，在計算任務(wù)完成后也可進行一些基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析和顯示。Multiwfn（http://sobereva.com/multiwfn/）則是sob老師開發(fā)的，功能極為強大的波函數(shù)分析軟件。該軟件可以極為方便的從計算輸出文件中提取出我們所關(guān)注的信息，極大簡化數(shù)據(jù)分析的難度。

上述三個軟件的安裝在Windows系統(tǒng)還是Linux系統(tǒng)下均不困難，按照軟件安裝教程的步驟即可順利安裝。請注意在所有安裝路徑中不要出現(xiàn)中文，也建議不要出現(xiàn)空格（可用下劃線“_”代替空格）。

若是打算在本地電腦（Windows系統(tǒng)）上進行量化模擬，在本機上安裝上述三個軟件即可。

若是打算利用服務(wù)器或超算中心（Linux系統(tǒng)）進行計算，建議在自己的本地電腦上安裝GaussView和Multiwfn，在服務(wù)器上安裝Gaussian主程序即可。同時，由于需要通過SSH遠程連接服務(wù)器，還需要在本地電腦安裝SSH工具，如Xshell和Xftp等。通過SSH工具連接服務(wù)器或超算中心的流程請咨詢服務(wù)器或超算管理人員。

除上述軟件外，建議在本地電腦安裝一個專用的文本編輯器用于查閱和編輯輸入和輸出文件，推薦Notepad++。

3. Gaussian軟件涉及的文件類型

Gaussian主要涉及的文件包括輸入文件、輸出文件、檢查點文件、讀寫文件等，初學(xué)者至少應(yīng)對前三者有一定了解。

輸入文件：文件后綴名通常為.gjf，包含模擬任務(wù)的計算資源分配（核數(shù)、內(nèi)存使用情況）、計算方法和精度、任務(wù)要求及計算模型等信息。

輸出文件：文件后綴名通常為.out或.log，除輸出作為計算結(jié)果的結(jié)構(gòu)模型、軌道、密度矩陣、電荷布局等信息外，還包括了部分計算過程中輸出信息?？奢d入GaussView中，對計算結(jié)果或計算過程中的一些結(jié)構(gòu)變化進行分析。

檢查點文件：文件后綴名通常為.chk或.fchk，包括軌道系數(shù)、密度矩陣等輸出文件中未涵蓋的重要信息，可載入Multiwfn進行數(shù)據(jù)分析。

讀寫文件：文件后綴名通常為.rwf，包含計算的所有信息。該文件通常非常大，在計算完成后會被自動刪除。某些需要用到.rwf文件的情況下，可以通過在輸入文件中給出保存路徑和命名，使之被保存下來。

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