量子化学计算平台计算节点
量子化学计算方法试验
量子化学计算方法试验1. 应用量子化学计算方法进行计算的意义化学是一门基础学科，具有坚实的理论基础，化学已经发展为实验和理论并重的科学。
理论化学和实验化学的主要区别在于，实验化学要求把各种具体的化学物质放在一起做试验，看会产生什么新的物质，而理论化学则是通过物理学的规律来预测、计算它可能产生的结果，这种计算和预测主要借助计算机的模拟。
也就是说，理论化学可以更深刻地揭示实验结果的本质并阐述规律，还可以对物质的结构和性能预测从而促进科学的发展。
特别是近几年来，随着分子电子结构、动力学理论研究的不断深入以及计算机的飞速发展，理论与计算化学已经发展成为化学、生物化学及相关领域中不可缺少的重要方向。
目前，已有多种成熟的计算化学程序和商业软件可以方便地用于定量研究分子的各种物理化学性质，是对化学实验的重要的补充，不仅如此，理论计算与模拟还是药物、功能材料研发环境科学的领域的重要实用工具。
理论化学运用非实验的推算来解释或预测化合物的各种现象。
理论化学主要包括量子化学，（quantum chemistry）是应用量子力学的基本原理和方法研究化学问题的一门基础科学。
研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系；分子与分子之间的相互作用；分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。
量子化学可分基础研究和应用研究两大类，基础研究主要是寻求量子化学中的自身规律，建立量子化学的多体方法和计算方法等，多体方法包括化学键理论、密度矩阵理论和传播子理论，以及多级微扰理论、群论和图论在量子化学中的应用等。
理论与计算化学的巨大进展，正使化学学科经历着革命性的变化。
今天的理论与计算化学几乎渗透到现代一切科技领域，与材料、生物、能源、信息和环保尤为密切，理论化学的应用范围将越来越广。
理论与计算化学逐步发展成为一门实用、高效、富有创造性的基础科学，在化学、生物学等领域的影响越来越显著，且与日剧增。
2. 应用量子化学计算方法进行计算的目的（1）了解量子化学计算的用途。
计算化学软件使用经验
� 优先使用当前作业所在文件系统。 � 可以跨文件系统存储读写文件（03不可以）
� 内存并非给得越多越好，需要综合考虑到计算的需要和硬 件水平，最有效率的方法是根据作业类型估算所需要内存 的大小。可以使用
“freqmem natoms nbasis r|u c|d functions”估算内存。 Functions可以使用%kjob=301来得到
� 计算特点： � CPU、内存要求高。特别是内存容量和内存带宽对性能影响较大 � 要求低通信延迟，其磁盘I/O相对较少
软件安装
� 编译器，BLAS，fftw，mpi，vasp&vtst � 步骤：
� 安装包解压 � cd vasp/src � 修改makefile，make 编译出vasp可执行文件
N3
MP4，QCISD(T)
O3V4
N2
N4
O3V4
N4
全CI（CPU）
((O+V)!/O!V!)2
对于小的体系，其计算成本差别是不大的，只有处理大
的体系时，其差别才显现出来。
10
使用经验——计算设置
� Route.Rou修改缺省使用核数，内存大小。 � 节点内采用openmp并行，效率较高。节点间采用Linda并
入比较容易保持对称性 3. 控制输出标准，可以简化输出，节省时间 4. 建立检查点文件 � 关于优化： 1. 先小基组优化，再大基组优化 2. 对于大体系，先固定优化一部分结构，再放开优化 3. 在结构出现震荡时，取出最低能量结构重新计算力场数，往往
很快得到优化结果。 4. 有些体系收敛不要求4个YES，如大体系（势能面比较平缓）只
计算化学软件使用经验
计算量子化学的最新方法
计算量子化学的最新方法随着计算机技术的不断进步，计算量子化学的方法也在不断地更新和发展。
量子化学作为一门研究分子和化学反应的学科，旨在解释和预测分子的结构、性质、反应和谱学等方面，为新材料、新药物和化学反应的设计等提供依据。
本文将介绍一些最新的计算量子化学方法。
1. DFTB方法密度泛函理论（DFT）是量子化学中常用的计算方法之一，它具有计算速度快、可扩展性强等优点。
但是DFT方法在对分子中包含的大量电子进行计算时，计算时间和计算复杂度就会大幅增加。
因此，发展一种基于DFT的计算方法，能够减少计算量和时间，是当下量子化学研究的一个热门方向。
而DFTB（Density Functional Tight Binding）方法就是一种基于DFT理论的快速和简单的计算方法。
它采用了一个紧束缚近似（Tight Binding Approximation），把分子中的电子分为一些局部核心态和一些非局部的价态，并对价态中的电子采用真实的DFT密度泛函作为能量函数。
相对于DFT方法，DFTB方法具有计算速度快，计算复杂度低等优点。
2. MP2方法及其改进Møller – Plesset 2(MP2)是一种广泛使用的从头计算方法，它基于哈特里-福克方程的描述。
在MP2方法中，通过对哈特里-福克算符的展开得到截断级别为二次的微扰项来计算电子关联能。
虽然MP2方法在计算小分子体系的电子关联能方面非常准确，但当分子体系更加复杂时，计算将变得非常困难。
因此，MP2方法的改进也是当前研究的焦点之一。
一些改进的MP2方法如：ER-MP2 (Explicitly Correlated MP2)方法，通过引入相对位置的正则变量，用与距离的一次幂成反比的截断函数，对展开的电子关联能做一个函数拟合，从而提高MP2方法的精度。
3. CCSD（Couple Cluster Singles and Doubles）方法及其改进耦合簇方法（CC）是一个基于波函数理论的计算方法，其核心思想是以一定的方式组合单激发和双激发簇，以描述多电子体系的电子关联效应。
量子计算精确计算公式
量子计算精确计算公式量子计算是一种基于量子力学原理的计算模型，它利用量子比特的叠加和纠缠特性来进行计算，相比传统计算模型，量子计算具有更强的并行性和计算能力。
在量子计算中，精确计算公式是非常重要的，它可以帮助我们准确地描述量子系统的演化和性质。
本文将介绍一些常见的量子计算精确计算公式，并讨论它们在量子计算中的应用。
1. 薛定谔方程。
薛定谔方程是描述量子系统演化的基本方程，它可以用来计算量子系统的波函数随时间的演化。
薛定谔方程的一般形式为：iħ∂Ψ/∂t = HΨ。
其中，Ψ是系统的波函数，H是系统的哈密顿量，i是虚数单位，ħ是普朗克常数。
薛定谔方程可以精确地描述量子系统的演化，包括系统的能级结构、波函数随时间的演化等。
2. 波函数的归一化条件。
在量子力学中，波函数的归一化条件是非常重要的，它可以帮助我们确定量子系统的态。
波函数的归一化条件可以用来计算系统的概率分布，以及系统的平均性质。
波函数的归一化条件的一般形式为：∫|Ψ|²dV = 1。
其中，Ψ是系统的波函数，dV是系统的体积元。
波函数的归一化条件可以帮助我们确定系统的态，并计算系统的性质。
3. 哈密顿量的本征值方程。
在量子力学中，哈密顿量的本征值方程是描述系统能级结构的重要方程。
哈密顿量的本征值方程可以用来计算系统的能级和能级之间的跃迁。
哈密顿量的本征值方程的一般形式为：HΨ = EΨ。
其中，H是系统的哈密顿量，Ψ是系统的波函数，E是系统的能级。
哈密顿量的本征值方程可以帮助我们确定系统的能级结构，以及计算系统的能级。
4. Heisenberg不确定性原理。
Heisenberg不确定性原理是量子力学中的基本原理之一，它描述了位置和动量之间的不确定性关系。
Heisenberg不确定性原理可以用来计算系统的不确定性，以及系统的测量误差。
Heisenberg不确定性原理的一般形式为：ΔxΔp ≥ħ/2。
其中，Δx是位置的不确定性，Δp是动量的不确定性，ħ是普朗克常数。
量子化学计算简介-量子化学计算发展史
量子化学计算简介－量子化学计算发展史20世纪20年代，三个人的出现，改变了历史。
薛定鄂、Heisenberg、Dirac三人创建了“量子力学体系”：薛定鄂的波动方程、Heisenberg的矩阵力学、含相对论的Dirac方程20年代末，Heitler－London使用量子力学处理H原子，H2分子，标志量子化学计算的开始量子化学，两个流派：价键理论（VB）、分子轨道理论（MO）价键理论和分子轨道理论的根本区别在于，价键理论是电子两两配对形成定域的化学键，这里所说的定域，通俗讲就是电子被束缚在某个固定的位置振动，而不会在分子内部的任何地方运动。
而分子轨道理论的本质是假设分子轨道是由原子轨道线性组合而成，允许电子离域在整个分子中运动，而不是在特定的键上。
简单说，价键理论中的电子是固定在某个区域内运动，分子轨道理论中的电子是在分子内部的所有区域内运动。
MO－HMO（Huckel引入了某些近似）－半经验的MO（忽略了双电子积分）－Hartree-Fock-Roothann方法，自恰场迭代方法－MO的从头算研究（进行全电子体系非相对论的量子力学方程计算）Gaussian是进行从头算的鼻祖，从70到98，每两年更新一次。
Gaussian的核心思想：50年代的时候，使用类氢离子波函数为基函数，后来使用Slater函数（STO）为基函数，后来又采用Gauss函数拟合STO。
80年代，是量子化学计算飞速发展的时期。
赝势是针对重原子体系而提出的。
80年代初，唐敖庆先生在吉林大学举办了全国量子化学研讨班。
徐光宪先生率先用GAUSSIAN 程序开展量化从头算研究。
以上这些，都是对单一分子的研究。
90年代，以密度泛函理论为基础的DFT方法迅速发展起来。
最大的特点：轨道波函数为基->密度函数为基。
由此引申出的方法有广义梯度近似（GGA）、密度泛函与分子轨道的杂化方法（B3LYP）。
我国的XIAMEN99采用的VB方法。
各种方法的主要区别就是采用基函数的不同。
dmol3计算键序
dmol3计算键序
dmol3是一个量子化学计算软件，用于模拟和计算分子和材料
的性质。
在dmol3中计算键序通常是指计算分子中化学键的性质，
包括键长、键角、键能等。
dmol3可以通过分子轨道理论和密度泛
函理论来计算键序。
从分子轨道理论的角度来看，dmol3可以通过计算分子的分子
轨道来确定化学键的性质。
分子轨道理论认为化学键是由分子轨道
的重叠形成的，通过计算分子轨道的形状和能量可以得到键的性质。
从密度泛函理论的角度来看，dmol3可以通过计算电子密度来
确定化学键的性质。
密度泛函理论认为化学键是由电子密度的分布
形成的，通过计算电子密度的分布可以得到键的性质。
除了计算键的性质，dmol3还可以用于计算分子的结构、能量、振动频率等性质。
通过这些计算，可以全面了解分子的结构和性质，为进一步的研究和应用提供重要的信息。
总的来说，dmol3可以通过分子轨道理论和密度泛函理论来计
算化学键的性质，为研究分子和材料提供重要的帮助。
高斯计算内存设置
高斯计算内存设置高斯计算内存设置是指在使用高斯计算程序进行计算时，合理地设置计算所需的内存空间。
高斯计算程序是用于计算量子化学问题的一种常用软件，它需要使用大量的内存来存储和处理计算中涉及的分子结构、基组、计算参数等信息。
合理地设置高斯计算内存可以提高计算的效率和精度，避免内存溢出或计算失败的问题。
在进行高斯计算时，根据计算所需的精度和分子体系的大小，我们需要根据以下几个方面来设置内存：1.分子体系的大小：首先要考虑的是分子体系的大小，即分子中包含的原子数目。
一般而言，分子体系越大，所需的内存空间也就越大。
因为大分子包含更多的原子和电子，计算所涉及的信息量也更大，需要更多的内存来存储和处理。
例如，当计算较小的分子时，通常只需要几百兆字节的内存即可满足要求；而当计算大型蛋白质或聚合物等复杂体系时，可能需要多达几十或上百个GB的内存。
2.计算所需的精度：高斯计算可以通过调整一些参数来控制计算的精度，如基组的大小、积分网格的精度等。
精度越高，计算所需的内存也就越大。
例如，如果我们希望计算一个非常精确的电子结构或振动频率，就需要更大的内存来保证计算的准确性。
3.计算方法的选择：高斯计算程序提供了多种计算方法，如密度泛函理论（DFT）、哈特里-福克方法（HF）等。
不同的计算方法对内存的需求也不同。
一般来说，DFT方法相对而言需要更多的内存，因为它需要存储和处理更多的信息量。
因此，如果使用DFT计算方法，需要相应增加所需的内存空间。
4.使用计算集群或超级计算机：如果使用计算集群或超级计算机进行计算，通常可以利用其并行计算的优势来加速计算速度。
在这种情况下，还需要考虑每个计算节点的内存大小和计算节点的数量。
每个计算节点需要足够的内存来存储和处理计算所需的信息，而计算节点的数量决定了整个计算任务可以同时进行的进程数目。
总结起来，高斯计算内存设置需要根据分子体系的大小、计算精度、计算方法和计算机设备等方面来考虑。
揭秘量子化学中的计算方法
揭秘量子化学中的计算方法材料的腐蚀与防护是现代科学技术研究的重要领域之一。
添加缓蚀剂是抑制材料腐蚀最为简单、高效、经济的防护手段。
因此，缓蚀剂的研究是科研工作者极为关注的重要课题。
1971年，Vosta和Eliasek首次用量子化学方法研究了缓蚀剂的缓蚀机理，开创了量子腐蚀电化学。
此后，众多学者采用量子化学方法研究缓蚀剂及其作用机理，并取得了丰硕的成果。
什么是量子化学法呢？让我们现在就来看看吧！彩虹分割线量子化学计算方法是……？量子化学是以量子力学为基础，利用量子力学的基本原理和方法来研究化学问题的一门学科。
量子化学计算方法的发展量子化学的基本理论形成于20世纪30年代，随着计算机水平的飞速发展，量子化学计算方法也高速发展起来，并涌现出多种理论算法，并出现大量量子化学计算软件。
它们被广泛运用于分子设计、材料性能、化学过程等领域，其方法和结果都显示出了与其他研究手段相比无可比拟的优越性。
密度泛函理论1、简介密度泛函理论（DFT）是20世纪60年代在Thomas-Fermi近似理论的基础上发展起来的一种量子力学表达方式。
密度泛函理论指出，电子密度决定分子的一切性质，体系的能量是电子密度的泛函，并指出只要知道体系基态的电子密度，那么体系的一切性质就可以通过量子力学计算得到。
2、优势密度泛函理论相比于其它量化算法最突出的优势是计算速度快、计算精度高，可用于大分子体系的量化计算，对于含过渡金属体系的计算则更具优势。
3、分类密度泛函理论种类较多，各种理论的差异在于选择了不同的交换相关能量泛函近似形式。
常见的密度泛函理论算法有以BDW，BLYP为代表的纯密度泛函和以B3LYP，BHANDHLYP为代表的杂密度泛函，而其中最常用于缓蚀剂研究的是B3LYP。
4、应用随着密度泛函理论体系的日益完善和计算精度的逐步提高，密度泛函理论越来越受到人们的重视，以至在理论化学研究中掀起了一个高潮，被成功地应用于分子的结构和性质、反应机理、过渡态结构和活化势垒等许多问题的研究中，是目前最常用的理论方法之一。
了解量子计算的基本概念与基础知识
了解量子计算的基本概念与基础知识量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，与传统的经典计算不同，它利用了量子叠加和量子纠缠等原理，能够在某些特定情况下实现指数级加速。
本文将介绍量子计算的基本概念和一些基础知识，帮助读者对量子计算有进一步的了解。
一、量子比特量子计算的基本单位是量子比特（qubit），它是量子信息的基本单元，类似于经典计算的比特。
不同的是，量子比特可以同时处于多个状态之间的叠加态，这是量子力学的特性。
例如，一个经典位可以是0或1，而量子比特可以同时表示0和1，即处于叠加态|0⟩和|1⟩。
这种叠加态可以用数学上的线性组合表示，即|ψ⟩=α|0⟩+β|1⟩，其中α和β为复数，满足|α|^2+|β|^2=1。
量子比特的叠加态是量子计算的基础。
二、量子门在量子计算中，通过量子门操作来改变量子比特的状态。
量子门是一种对量子比特进行操作的数学表示，类似于经典计算中的逻辑门。
最简单的量子门是单比特门，它只作用于单个量子比特。
例如，Hadamard门（H门）可以将|0⟩变为|+⟩=(|0⟩+|1⟩)/√2，将|1⟩变为|-⟩=(|0⟩-|1⟩)/√2。
这种门操作实现了量子比特的叠加与相干性。
除了单比特门，还有控制门和多比特门等更复杂的量子门操作。
其中，控制门是在满足一定条件下才作用的门，而多比特门可以作用于多个量子比特，实现更复杂的计算操作。
通过组合和串联不同的量子门操作，可以实现任意的量子计算。
三、量子纠缠量子纠缠是一种特殊的量子态，多个量子比特之间存在的一种关联。
通过纠缠态，对其中一个量子比特进行操作后，其他纠缠的量子比特也会发生相应的变化，即使两个量子比特远离彼此。
例如，两个量子比特的纠缠态可以表示为|Ψ⟩=(|00⟩+|11⟩)/√2。
当对其中一个量子比特进行操作后，如改变其状态为|1⟩，另一个量子比特的状态也会瞬间发生变化，变为|1⟩。
这种纠缠关系在量子通信和量子计算中起着重要作用。
四、量子算法量子计算的一大优势是其能够在某些问题上实现指数级加速。
量子化学计算的基本流程与实践方法
量子化学计算的基本流程与实践方法量子化学计算是一种基于量子力学理论和计算机模拟的方法，用于研究分子和原子的性质和行为。
它可以帮助科学家理解和预测化学反应、材料性质以及生物分子的结构与功能。
量子化学计算在材料科学、药物设计等领域具有广阔的应用前景。
本文将介绍量子化学计算的基本流程和实践方法。
1. 理论基础量子化学计算基于量子力学理论，利用薛定谔方程描述了分子的波函数演化。
通过求解薛定谔方程，可以获得分子的能量、波函数、电子密度等信息。
量子化学计算可以分为两类：基于从头算（ab initio）的计算和基于半经验方法的计算。
前者是完全基于量子力学原理进行计算，而后者则利用一些经验参数和基础假设简化计算。
2. 基本流程量子化学计算的基本流程包括分子几何优化、基组选择、哈特里－福克（HF）计算、密度泛函理论（DFT）计算、分子轨道分析等步骤。
（1）分子几何优化分子几何优化是为了确定分子的最稳定结构，即分子中原子的最佳位置和键长。
分子几何优化可以使用基于梯度的优化算法，如坐标下降法或共轭梯度法。
通过优化分子的几何结构，可以得到分子的电子能量。
（2）基组选择基组是量子力学计算的基础，用于描述单个原子和原子间相互作用。
选择合适的基组对计算结果的准确性至关重要。
常用的基组包括STO-nG、6-31G(d)和cc-pVTZ等。
不同的基组具有不同的精度和计算复杂度，需要根据具体情况进行选择。
（3）HF计算哈特里－福克方法是一种常见的从头算方法，基于单电子近似和双电子积分计算电子能量。
HF方法通过迭代求解薛定谔方程的自洽场得到分子的电子能量。
然而，HF方法只能处理弱相互作用的分子，对含有强电子相关性的体系效果较差。
（4）DFT计算密度泛函理论是一种基于电子密度的方法，可以处理含有强电子相关性的分子。
DFT方法通过最小化系统的总能量来求解分子的电子结构和性质。
常用的DFT方法包括B3LYP、PBE和TPSS等。
DFT方法相对于HF方法计算速度更快，适用于大分子和复杂体系的计算。
第10章 量子化学计算简介
pV6Z，aug-cc-pVTZ等.
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2016/12/22
10.1. 2 基组及其选择
基组总结
MO－LCAO－AO(STO)－STO-NGTO
Rnl (r ) [( 2Z 3 (n l 1)! l 2l 1 ) ]exp( ) Ln1 ( ) 3 na0 2n[(n l )!] 2
2Zr / na0
1 m ( ) 2 exp(im ) Ylm ( , ) lm ( ) m ( ) 1/ 2 ( ) (2l 1) (l m )! P m (cos ) l lm 2 (l m )!
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2016/12/22
10.2.1 从头计算法
ψ(χ1,χ2,…, χN)= ψ1(χ1)·ψ2(χ2) · … ψN(χN)
从头计算法(ab initio)就是基于上述3个基本近似后,不在做 任何近似来求解体系的 Schrodinger方程.这3个基本近似即为 从头计算法的“头” . 而引入 3 个基本近似后 , Schrodinger方 程的具体表达形式为Hartree-Fock-Roothaan方程-LCAO法 .
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Байду номын сангаас
2016/12/22
10.1. 2 基组及其选择
每个原子内层轨道用 N 个 (2) 分裂价基 N-31G 和 3-21G: GTO 拟合单的 STO ；而价层分为内轨 (I) 和外轨 (O), 对应指 ， ， 数为 和 的两个 STO 基函数 , 分别用 N 个 GTO 和 N‖ 个 GTO来拟合。这种基组称为分裂价基. 6-31G：内层轨道用6个GTO拟合1个STO，1个STO拟合1 个与原子轨道；价层分为内外轨，即双，I层用3个GTO拟 合1个STO(I)，O层用1个GTO (O) 拟合1个STO(O)，而1个 STO(I)和1个STO (O)拟合1个价层原子轨道。 分裂价基基组有、与等可选。它比 STO-NG 仅价轨道增 加一倍，但计算精度提高不少。
量子化学计算方法-Gaussian的使用
章永凡
福州大学化学系 2011年2月
课程主要内容
一、有限尺度体系(分子、团簇等)电子结构计算
方法－G03程序的使用
二、无限周期体系(一维链状化合物、二维层状
化合物或固体表面、三维固体体相)电子结
构计算方法－VASP/CASTEP程序的使用
主要参考资料: G03用户手册或G03的帮助文件 VASP程序用户手册 相应网址:
例如：telnet 134.14.83.5
c. Linux常用命令: (1)ls－显示文件清单，相当于DOS下的dir命令：
文件属性
所属用户
大小 创建时间
注：Linux系统下字符是大小写区分的
(2)cp－复制文件命令，相当于DOS下的copy命令: cp -rf
(3)mkdir－创建目录，相当于DOS下的md命令：
(15) rsh或ssh—用于从某个节点登录到其它节点 例：rsh c0102 登录到c0102节点上，为当前用户名 rsh zyf@c0102 与上相同，但用户名为zyf ssh c0102 ssh zyf@c0102 根据rsh或ssh服务的具体设置来确定是否需要提供密码 (16) su—从当前用户转变为超级用户或其它用户 例：su 转变为超级用户 su zyf 将用户转变为zyf用户 (17) ifconfig—察看网络设置 (18) dmesg—察看系统日志 (19) adduser ,passwd
本研究室目前常用的量化软件： Gaussian 03: 由Pople等人编写，经过几十年的发展和完善， 该软件已成为国际上公认的、计算结果具有较高 可靠性的量子化学软件，它包含从头算、半经验 以及分子力学等多种方法，可适用于不同尺度的 有限体系，除了部分稀土和放射性元素外，它可 处理周期表中其它元素形成的各种化合物； Crystal 09：该软件由意大利都灵大学理论化学研究所开发， 采用基于原子轨道线性组合的从头算方法来研究 固体及表面的电子结构； VASP: 该软件由奥地利维也纳大学开发，采用基于平面波 基组的密度泛函理论来研究固体及表面的构型以及 动力学过程； CASTEP： MS软件模块之一，与VASP程序类似； Dmol: MS软件模块之一，主要用于有限尺度体系电子结 构研究；
量子化学计算方法及应用
量子化学计算方法及应用马建华华侨大学材料学院2009级研究生班学号0900202003摘要：文章概括地介绍了从头算法及一些半经验的量子化学计算方法, 同时简要介绍了国际理论界近年发展起来的组合方法、遗传算法、神经网络等计算方法及其在材料学、生物学、药物学以及配位化学中的应用。
关键词：量子化学；计算方法；应用1、量子化学计算方法简介量子力学是20世纪最重要的科学发现之一。
在量子力学基础上发展起来的理论物理、量子化学及相关的计算, 为我们开辟了通向微观世界的又一个途径。
量子化学研究的电子- 原子核体系可用相应的Schrdinger 方程解的波函数来描述。
原则上,Schrdinger方程的全部解保证了多电子体系中电子结构与相互作用的全面描述。
然而, 由于数学处理的复杂性, 在实践中, 总希望发展和运用量子力学的近似方法, 从而无需进行很繁杂的计算就可以说明复杂原子体系的主要特性, 这就必须在原始量子化学方程中引进一些重要的简化, 以便得到一定程度的近似解。
量子化学发展到现在, 根据为解Schrdinger方程而引入近似程度的不同,大致可分为以下几种方法:1.1、从头计算方法(ab initio calculation)[1- 2]从头计算方法, 即进行全电子体系非相对论的量子力学方程计算。
这种方法仅仅在非相对论近似、Born-Oppenheimer近似、轨道近似这三个基本近似的基础上利用Planck常数、电子质量和电量三个基本物理常数以及元素的原子序数, 对分子的全部积分严格进行计算,不借助任何经验或半经验参数,达到求解量子力学Schrdinger方程的目的。
Roothaan方程是多电子体系Schrdinger方程引入三个基本近似后的基本表达。
原则上,只要合适地选择基函数,自洽迭代的次数足够多,Roothaan方程就一定能得到接近自洽场极限的精确解。
因此这种计算方法在理论和方法上都是比较严格的, 其计算结果的精确性和可靠性都大大优于半经验的一些计算方法。
量子化学计算方法-Gaussian的使用
根据现有的计算条件、模型的大 小以及所要解决的问题，选择可 行的计算方法和相应程序
对计算结果进行加工和提取有用 的信息，一般包括构型描述、 能量分析、轨道组成、电荷和成 键分析等，并与实验结果比较
计算模型和方法的选取是保证计算结果可靠性的关键， 理想的情况是：1.所选取的计算模型与实际情形一致；2.采用 高级别的计算方法。但是，由于受到计算软硬件的限制，在多数 情况下，很难同时做到上述两点要求，实际操作中，当计算模
d. 运行g03过程： (1)编写输入文件： 用vi命令编写或在Windows下编写完毕后ftp至Linux系统； vi test.gjf (2)运行g03： g03<输入文件名>输出文件名& 例：g03 < test.gjf > test.out & 说明：1)末尾的&符号表示将作业提交到后台计算，否则 在用户退出Linux时，作业将终止； 2)若运行g03出错，请检查环境变量是否设置正确， 尤其是用户权限上的问题； (3) 观看计算结果： 使用vi命令，或采用tail命令跟踪计算输出： tail -f 输出文件名 (4) 运行过程的控制： 采用top命令观察g03运行到那个模块； 通过renice命令改变进程的优先级来调整g03的运行速度；
例如：telnet 134.14.83.5
c. Linux常用命令: (1)ls－显示文件清单，相当于DOS下的dir命令：
文件属性
所属用户
大小 创建时间
注：Linux系统下字符是大小写区分的
(2)cp－复制文件命令，相当于DOS下的copy命令: cp -rf
(3)mkdir－创建目录，相当于DOS下的md命令：
(4)rm－删除文件或目录，相当于DOS下的del命令： 删除文件
量子化学计算方法
量子化学计算方法最常用的量子化学计算方法是基于密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）的方法。
DFT是一种基于电子密度的近似方法，可以比较准确地计算原子和分子的结构和能量。
它将电子系统的能量表示为电子密度的函数，并通过最小化总能量来确定系统的平衡结构。
由于DFT计算的复杂性较低，因此成为量子化学计算的主流方法。
除了DFT，还存在一些其他的量子化学计算方法，如Hartree-Fock方法（HF）、耦合簇方法（CC）和多配置自洽场方法（MCSCF），它们可以用于处理一些特殊的问题和体系，如过渡金属催化反应和量子化学动力学等。
这些方法在原子、分子和固体材料的性质预测中发挥着重要的作用。
量子化学计算在多个领域有广泛的应用。
在药物研发领域，可以通过计算方法预测分子的活性和药效，从而为新药的设计提供指导。
在材料科学领域，可以通过计算材料的能带结构、电子态密度和光学性质等信息，来指导新材料的开发和设计。
此外，在环境科学、催化化学和生物化学等领域，量子化学计算也被广泛应用于理论模拟和机理解释。
然而，量子化学计算方法也存在一些挑战和限制。
首先，计算复杂度与体系规模成平方关系，因此对于大分子体系，计算开销非常大。
其次，当前的方法仍然是近似的，计算结果的精确程度受到一定的误差限制。
此外，量子化学计算需要大量的计算资源和专业的软件支持，因此对于一般用户而言，使用起来可能存在一定的门槛。
综上所述，量子化学计算是一种基于量子力学原理的计算方法，在多个领域有广泛的应用。
尽管存在一些挑战，但随着计算机技术的不断发展和计算方法的不断改进，量子化学计算将继续在化学、材料和生命科学等领域发挥重要作用。
《量子化学计算方法》课件
密度。
电子态的计算
03
根据总能量和电子密度，计算分子的电子态和轨道波函数等信
息。
分子光谱的计算
跃迁能级的计算
利用电子态的信息，计算分子中电子的跃迁能级。
光谱强度的计算
根据跃迁能级和波函数等信息，计算光谱强度，以模拟分子的光谱 实验结果。
光谱模拟与实验结果的对比
将计算得到的光谱强度与实验结果进行对比，评估量子化学计算方 法的准确性和可靠性。
缺点
计算量大，需要高性能计算机资源； 对于大规模体系的计算存在精度损失 和收敛困难等问题；需要结合实验数 据进行验证和修正。
02
量子化学计算方法的基本原理
量子力学基础
量子力学是描述微观粒子运动规律的物理学分 支。
它与经典力学的主要区别在于，量子力学中粒 子的状态是由波函数来描述的，而波函数满足 特定的数学方程（如薛定谔方程）。
《量子化学计算方法》ppt课件
目录
• 量子化学计算方法简介 • 量子化学计算方法的基本原理 • 量子化学计算方法的实现步骤 • 量子化学计算方法的应用 • 量子化学计算方法的挑战与展望
01
量子化学计算方法简介
量子化学计算方法的定义与重要性
定义
量子化学计算方法是一种基于量子力学原理的计算化学手段，用于研究分子和 材料的电子结构和性质。
密度泛函理论
一种基于电子密度而非波函数 的计算方法，能够更准确地描 述电子相关效应和强关联体系 。
路径积分分子动力学
一种将量子力学和分子动力学 结合的方法，用于模拟分子的
动态行为和反应过程。
量子化学计算方法的优缺点
优点
能够准确描述分子和材料的电子结构 和性质；可用于研究复杂体系的化学 反应和动态过程；有助于理解实验现 象和预测新材料的性质。
量子化学计算技巧：基组的选择
量子化学计算技巧：基组的选择基函数的选择对计算结果和效率影响都很大。
由于类氢离子波函数积分困难，收敛很慢，Slater和Boys先后对其加以改造，提出了Slater函数和Gauss函数。
STO的特点是当r→0或r→∞时，都具有正确的波函数渐近行为，但是涉及到大量的多中心积分和无穷级数的展开，运算速度缓慢；GTO与原子轨道没有一一对应的关系，而且当r→0或r→∞时不够准确，但是可以将多中心积分化作单中心积分处理，运算简便。
Pople基组都由多个GTO 线性拟合而成。
例如STO-3G即用3个GTO拟合1个STO，再用1个STO拟合1个原子轨道；该基组的计算量很小，适用于原子簇、碳纳米管等大体系的从头算。
由于化学反应主要在价层轨道进行，为了提高计算精度，可将价层轨道分为外轨O与内轨I，分别用1个STO表达，这种基组称为双分裂价基基组。
例如6-31G即用6个GTO拟合1个STO，再用1个STO拟合1个内层原子轨道；用3个GTO拟合1个STO(I)，用1个GTO拟合1个STO(O)，再用STO(I)和STO(O)拟合1个价层原子轨道。
更精确的基组包括极化基和弥散基。
前者通过添加角动量来改变轨道的形状，即价层轨道为s、p、d，则分别加上p、d、f 极化函数。
例如6-31G(d)即在6-31G的基础上对非氢原子添加极化函数，对于中等大小的体系而言是性价比最高的基组；而6-31G(d, p)对所有原子添加极化函数，适用于氢迁移反应的计算。
后者利用弥散函数来扩大轨道占据空间，适用于弱相互作用体系。
例如6-31+G即在6-31G的基础上对非氢原子添加弥散函数，而6-31++G对所有原子添加弥散函数。
随着计算机技术的发展，以6-311G系列为代表的三分裂价基基组也得到了普遍应用，提高了能量精度。
本文根据分子对称性，对所有轻原子选用了6-311G(d)或6-31G(d)基组。
对于第一过渡金属以上的元素，计算量随着电子数目的增加而急剧上升，即使选择较小的基组也难以承受。
MS常见问题及解答( Materials Studio )
MS常见问题及解答1、问：用MS构造晶体时要先确立空间群,可是那些空间群的代码是啥意思啊,看不懂,我想做的是聚乙烯醇的晶体,嘿嘿,也不知道去哪可以查到它的空间群答：A、要做晶体，首先要查询晶体数据，然后利用晶体数据再建立模型。
晶体数据来源主要是文献，或者一些数据库，比如CCDC。
（你都不知道这个晶体是怎么样的，怎么指定空间群呢？要反过来做事情哦：）B、我不知道你指示的代码是数字代码还是字母代码,数字代码它对应了字母的代码，而字母的代码它含盖了一些群论的知识(晶系,对称操作等),如果要具体了解你的物质或者材料属于那一个群，你可以查阅一下相关的手册,当然你要了解一些基本的群论知识.MS自带了一些材料的晶体结构,你可以查询一下.2、问：各位高手，我用ms中的castep进行运算。
无论cpu是几个核心，它只有一个核心在工作。
这个怎么解决呢？答：请先确认以下几个问题：1，在什么系统下装，是否装了并行版本。
2，计算时设置参数的地方是否选择了并行。
3，程序运算时，并不是时时刻刻都要用到多个CPU3、问：我已经成功地安装了MS3.1的Linux版本，串行的DMol3可以成功运行。
但是运行并行的时候出错。
机器是双Xeon5320(四核)服务器，rsh和rlogin均开启，RHEL4.6系统。
其中hosts.equiv的内容如下：localhostibm-c*****olemachines.LINUX的内容如下：localhost:8现在运行RunDMol3.sh时，脚本停在$MS_INSTALL_ROOT/MPICH/bin/mpirun $nolocal -np $nproc$MS_INSTALL_ROOT/DMol3/bin/dmol3_mpi.exe $rootname$DMOL3_DATA这一处，没法执行这一命令并行运算时，出现以下PIxxxx(x为数字)输出ibm-c*****ole 0 /home/www/MSI/MS3.1/DMol3/bin/dmol3_mpi.exelocalhost 3 /home/www/MSI/MS3.1/DMol3/bin/dmol3_mpi.exe请问这是什么原因？谢谢！答：主要是rsh中到ibm-c*****ole的没有设置把/etc/hosts改为127.0.0.1 localhost.localdomain localhost ibm-c*****ole在后面加个ibm-c*****ole也希望对大家有帮助!4、问：在最后结果的dos图中,会显示不同电子spd的贡献,我想问的是,假设MS考虑的原子Mg的电子组态为2p6 3s2,那么最后的dos结果中的s,p是不是就是2p,跟3s的贡献.比如更高能量的3p是否可能出现在dos中?如果可能的话，在这种情况下,如何区分2p和3p的贡献,谢谢.答：A、取决于你的餍势势里面没有3p电子，DOS怎么会有呢？自然，你的1p1s也不会出现在你的DOS中。
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大型仪器设备购置论证报告
仪器设备名称量子化学计算模拟集群平台项目名称省重点高校实验室建设项目项目负责人陈建荣
填表日期2018.06.07
实验室管理处制
填表说明
1．单价10万元及以上仪器设备的申购均需填写此表，并与申购计划一起上报有关部门。
2．所在学院（部门）组织3—7人单数技术专家进行论证，并通知项目经费管理、设备管理等部门参加论证。
申请单一来源采购的需3人以上单数非本校专家参加论证；未列入全省统一论证进口产品范围的进口产品需5人以上单数非本校专家参加论证。
3．论证会由专家组组长主持，主要程序为：申购人报告、现场考察、专家质询与讨论、专家组形成论证意见并签名。
4．专家论证同意，经学院（部门）、项目经费管理部门签字并盖章后，报本科教学部（实验室管理处）网上公示一周无异议后实施。
5．此表一式1份（如设备为进口设备，请提交2份）。