量子化学理论与软件介绍
量子化学软件Gaussian应用
Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可以研究：分子能量和结构，过渡态的能量和结构化学键以及反应能量，分子轨道，偶极矩和多极矩，原子电荷和电势，振动频率，红外和拉曼光谱，NMR，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径。
计算可以模拟在气相和溶液中的体系,模拟基态和激发态。
Gaussian 03还可以对周期边界体系进行计算。
Gaussian是研究诸如取代效应,反应机理,势能面和激发态能量的有力工具。
功能①基本算法②能量③分子特性④溶剂模型Gaussian03新增加的内容①新的量子化学方法②新的分子特性③新增加的基本算法④新增功能（1）基本算法可对任何一般的收缩gaussian函数进行单电子和双电子积分。
这些基函数可以是笛卡尔高斯函数或纯角动量函数多种基组存储于程序中，通过名称调用。
积分可储存在内存，外接存储器上，或用到时重新计算对于某些类型的计算，计算的花费可以使用快速多极方法(FMM)和稀疏矩阵技术线性化。
将原子轨(AO)积分转换成分子轨道基的计算，可用的方法有in-core（将AO积分全部存在内存里），直接（不需储存积分），半直接（储存部分积分），和传统方法（所有AO积分储存在硬盘上）。
（2）能量使用AMBER，DREIDING和UFF力场的分子力学计算。
使用CNDO, INDO, MINDO/3, MNDO, AM1，和PM3模型哈密顿量的半经验方法计算。
使用闭壳层(RHF)，自旋非限制开壳层(UHF)，自旋限制开壳层(ROHF) Hartree-Fock波函数的自洽场SCF)计算。
使用二级，三级，四级和五级Moller-Plesset微扰理论计算相关能。
MP2计算可用直接和半直接方法，有效地使用可用的内存和硬盘空间用组态相互作用(CI)计算相关能，使用全部双激发(CID)或全部单激发和双激发(CISD)。
双取代的耦合簇理论(CCD)，单双取代耦合簇理论(CCSD)，单双取代的二次组态相互作用(QCISD), 和Brueckner Doubles理论。
量子化学模拟的实验操作指南
量子化学模拟的实验操作指南量子力学是计算化学中的一门重要学科，它通过解析性或计算性的方法，研究分子和原子的性质，以及化学反应的机理。
量子化学模拟是一种基于量子力学原理的计算方法，可以预测化学反应速率、反应路径、电荷分布等重要的化学性质。
本文将为您提供量子化学模拟的实验操作指南，以帮助您更好地进行相关的研究工作。
实验准备在进行量子化学模拟实验之前，您需要准备以下材料和软件：1. 一台电脑：量子化学模拟需要大量的计算资源，因此一台性能较好的电脑是必须的。
2. 量子化学软件：常见的量子化学软件包括Gaussian、GAMESS、NWChem等。
您可以根据自己的需要选择合适的软件。
3. 分子结构文件：您需要准备待模拟的分子的结构文件，通常为XYZ、PDB、MOL格式等。
这些文件可以通过实验或其他理论模拟得到。
4. 初始参数：对于某些计算方法，您可能需要提供一些初始参数，例如基组、波函数的形式等。
这些信息可以在文献中找到。
实验步骤1. 软件安装和配置：首先，您需要将量子化学软件安装到您的电脑上。
安装过程通常比较简单，您只需要按照软件提供的安装向导进行操作即可。
安装完成后，您还需要配置一些软件的参数，例如计算资源的使用、文件输入输出路径等。
2. 导入分子结构文件：打开量子化学软件，在软件界面中导入您准备好的分子结构文件。
确保文件格式正确，软件能够正确读取到分子的几何结构信息。
3. 选择计算方法：选择适合您研究对象的计算方法。
在量子化学软件中，提供了各种不同的计算方法，例如密度泛函理论（DFT）、哈特里-福克方法（HF）等。
您可以根据您的需求和研究目标，选择合适的计算方法。
4. 设置计算参数：根据所选的计算方法，设置合适的计算参数。
例如，对于密度泛函理论，您需要选择适当的密度泛函和基组；对于哈特里-福克方法，您需要选择合适的基组和波函数形式等。
在设置参数时，您可以参考相关的文献和先前的研究成果。
5. 运行计算：设置完计算参数后，您可以运行计算。
量子化学ORCA基础教程
02
提交反应路径搜索与过渡态 结构优化任务：将构型文件 和参数文件提交给ORCA进
行计算。
03
结果分析与可视化：使用 ORCA提供的工具对搜索得 到的反应路径和过渡态结构 进行可视化，并分析反应过 程中的能量变化、键长键角
变化等。
04
05
05
结果文件解析与可视化处 理
输出文件结构解析
THANKS
ORCA输入文件中的关键字用于指定计算任务类型、方法、基组等。常用关键 字包括`%method`、`%basis`、`%pal`等。
参数设置
关键字后面通常需要跟随参数设置，如方法类型（DFT、MP2等）、基组类型 （STO-3G、6-31G*等）。参数设置需根据计算需求和资源情况进行合理选择。
分子构型输入方法
任务类型选择与设置
能量计算
计算分子的电子能量，关键字为`%energy`。
性质计算
计算分子的各种性质，如偶极矩、极化率、 红外光谱等，需根据具体性质选择合适的 方法和基组。
反应路径搜索
搜索化学反应的过渡态和反应路径，关键 字为`%transitionstate`或`%irc`。
结构优化
寻找分子的最低能量构型，关键字为 `%geometry`，配合优化算法（如BFGS） 使用。
2
提取的数据可以包括分子结构坐标、能量、频率、 偶极矩等。
3
对于复杂的数据处理，可以使用Python等编程语 言进行自动化处理。
可视化工具介绍及应用
可视化工具可以将计算结果以图形化 的方式展示出来，便于分析和理解。
在ORCA中，可以使用CubeGen工具 生成电子密度、分子轨道等立方体文 件，再使用可视化工具进行查看和分 析。
天津大学《量子化学》Gaussian软件简介
编辑批处理作业文件
转换不同格式的分子结构文件
读取.fch文件中的数据并生成三 维空间网格图
利用.chk文件中的分子轨道，生 成电子密度和静电势的空间分布 网格图
从.chk文件中打印出频率和热化 学数据
Gaussian输入界面
%Section:设定作业运 行的环境变量 Route Section:设定作业 的控制项 Title:作业题目 电荷与自旋多重度
➢ %mem=n控制运行过程中使用内存的大小,可以以W或者 MB，GB为单位
➢ default：6000000W＝48MB
➢ 内存并非给得越多越好，最有效率的方法是根据作业类型 估算所需要内存的大小
c)不同作业使用内存的估算方法
M + 2NB2 M：不同类型作业需要的最小内存， NB ：计算所使用基函数的数目
Gaussian软件简介
Gaussian03
计算化学面临的挑战是艰巨的， 但也正在取得很大的进展，年 轻化学家若对计算机有兴趣的 话，那末计算化学是具有令人 兴奋前景的研究领域。
── 美国化学会会长 R.布里斯罗
➢Gaussian是目前世界上发展最全面，历史最长 的量子化学计算商业程序包。
➢Gaussian最早是由Pople等科学家组织编写， 并发展的，后来逐步专业化，现在专门成立 了Gaussian公司，从事量子化学程序发展和销 售工作。类似的公司美国还有不少，biochmi， SGI等。
01 C1 O2 1 A H3 1 B 2 C H4 1 B 2 C 3 D
A = 1.28 B = 1.10 C = 121.0 D = 180.0
01 C1 O2 1 1.28 H3 1 1.10 2 121.0 H4 1 1.10 2 121.0 3 180.0
高斯软件的介绍
题 目：高斯软件的简介 指导老师：徐畅老师 姓 名：马乃宇 学 号：C13201045 专 业：高分子化学与物理专业
Gaussian是一个量子化学软件包，它是目前 应用最广泛的计算化学软件之一，Gaussian 软件的出现降低了量子化学计算的门槛， 使得从头计算方法可以广泛使用，从而极 大地推动了其在方法学上的进展。
4).最简单的关键词输入是#或#p，其含义是采用HF方法和 STO-3G基组计算体系的能量；
能量的计算： 如何计算一个体系的能量是获取分子各种性质的基础，因此 首先来看如何计算体系的能量，即进行单点能计算： (1). 计算方法的选择： g98提供的常用计算方法有： 1) 半经验方法： 关键词：AM1, PM3, CNDO, INDO, MINDO 它们主要用于大的有机分子体系(由上百个原子组成)，一般 对于含金属体系不适用。这些方法只有在特殊场合适用。 2) 从头算(ab initio)方法： HF方法：即基于Hartree-Fock原理的方法 关键词：HF，RHF，UHF，ROHF 说明：I)当关键词为HF时，会自动根据自旋多重度选择 RHF还是UHF； Ii)ROHF为限制性开壳层HF方法，与UHF区别在 此时除了成单电子外，其余的和电子仍配对， 通常该方法得到的能量要较UHF略高。 Iii)HF方法可以看作是最低级的从头算方法，该方 法除了在构型优化时有使用外，不适合计算能量。
(2).基组的选择： 1). 全电子基组： 关键词：sto-3g, 3-21g, 4-31g, 6-21g, 6-31g, 6-311g, d95/d95v 说明：I). 不同的基组适用范围是不同的： 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(H-Cl 除了Na, Mg)；D95V(H-Ne)
量子化学在化学领域中的作用和应用
量子化学在化学领域中的作用和应用近年来，科技不断发展，多种新技术也不断涌现。
其中，量子化学作为一种新兴的技术，被广泛应用于化学领域之中，并逐渐成为化学研究中的重要一环。
本文将介绍量子化学在化学领域中的作用和应用。
一、量子化学的基本介绍量子化学是一种基于量子力学的计算方法，可以用来计算化学分子的属性、结构和行为。
这种方法通常使用计算机程序，通过对量子体系的数学模型求解，得到化学体系中的各种量。
量子化学被广泛应用于环境科学、生物医药、化学工程等多个领域，已成为理解和解决实际问题的一种有效手段。
二、量子化学的应用1. 分子模拟量子化学可以用来模拟分子的结构、能量和物理性质，对分子间相互作用的机理进行分析。
例如，分析分子与其他化学物质的相互作用，分析不同化学物质之间的反应机理等。
有许多常用的模拟软件，如Gaussian和Orca等，被广泛应用于分子模拟。
2. 材料科学材料科学研究人员可以利用量子化学的方法来研究新材料的电子输运、化学反应等性质。
例如，他们可以通过对材料的化学结构进行计算，预测材料的电子输运行为；他们还可以通过计算材料内部的化学反应特征，加速化学反应的步骤。
3. 药物研发药物研发是一个繁琐而重要的领域，量子化学可以帮助了解药物与生物分子间的相互作用机理，提高新药物的设计和制定效率。
例如，利用量子化学，药物研究人员可以计算药物与生物大分子相互作用的潜在能量面，找到药物分子中最为关键的活性基团，从而改进药物的构效关系，减少不必要的化学反应步骤。
4. 新能源开发新能源是当前的热点问题，量子化学可以帮助研究人员寻找新型材料，从而提高能量存储或转换效率。
例如，通过计算电子的能带结构，可以预测新型材料的电学性质和导电性；通过计算化学键的强度和键角，可以预测这些材料的力学性质和物理性质。
三、量子化学的研究进展随着计算机的不断升级和量子化学的不断发展，量子化学在实践中的应用也在不断提高。
近年来，量子化学在机器学习领域中的应用越来越受到关注。
量子化学的主要计算方法及软件
材料性质预测
总结词
量子化学计算方法能够预测材料的物理和化学性质，为材料科学研究和工程应 用提供重要依据。
详细描述
通过计算材料的电子结构、能带结构、光学性质等，可以预测材料的稳定性、 导电性、磁性等性质。这有助于发现新材料、优化现有材料的性能，以及理解 材料在环境中的行为。
药物设计与筛选
总结词
量子化学计算方法在药物设计与筛选中具有广泛应用，能够预测药物与生物大分 子的相互作用，提高药物研发的效率和成功率。
Gaussian具有友好的用户界面 和灵活的输入语法，方便用户 进行各种复杂的量子化学计算 。
Gaussian提供了丰富的功能， 如自动生成初始几何结构、优 化几何构型、频率分析、反应 路径搜索等，可广泛应用于化 学、材料科学、生物学等领域 。
Q-Chem
总结词
Q-Chem是一款高性能的量子化学计 算软件，适用于大规模分子和材料的 模拟。
NWChem
总结词
NWChem是一款开源的量子化 学计算软件，适用于大规模分子
和材料的模拟。
详细描述
NWChem支持多种量子力学方 法，包括Hartree-Fock、
Møller-Plesset微扰理论、密度 泛函理论等，并提供了多种基组
和力场选择。
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总结词
NWChem具有高效的计算性能 和可扩展性，适用于从单分子到 复杂材料的模拟。
波恩-奥本海默近似是一种基于经典力学和量子 力学的混合方法，通过将电子运动和原子核运 动分开处理来得到分子的电子结构和性质。
该方法可以计算分子的基态和激发态的电子结 构和性质，以及电子密度、电荷分布等。
波恩-奥本海默近似通常适用于中小规模的分子 体系，计算量相对较小，计算时间较短。
Gaussi an 量子化学计算技术与应用
Gaussi an 量子化学计算技术与应用Gaussian 是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可研究诸如分子轨道，结构优化，过渡态搜索，热力学性质，偶极矩和多极矩，电子密度和电势，极化率和超极化率，红外和拉曼光谱，NMR，垂直电离能和电子亲合能，化学反应机理，势能曲面和激发能 QM/MM 计算等化学领域的许多课题。
应用非常广泛，而且易于上手。
一、理论计算化学理论及相关程序入门1 理论计算化学简介1.1 理论计算化学概述1.2 HF理论及后HF方法(高精度量化方法)1.3 密度泛函理论和方法1.4 不同理论计算方法的优缺点及初步选择1.5 基组及如何初步选择基组2 Gaussian安装及GaussView安装及基本操作2.1 Gaussian安装及设置（Win版和Linux版）2.2 GaussView安装及设置2.3 GaussView使用及结构构建3 Linux、Vi编辑器等及Gaussian基本介绍3.1 学习Linux基本命令及Vi编辑器3.2 详细认识输入文件和输出文件（Win和Linux）3.3 构建Gaussian输入文件并提交任务二、Gaussian专题操作及计算实例4 Gaussian专题操作Ⅰ：（均含操作实例）4.1 结构几何优化及稳定性初判4.2 单点能（能量）的计算及如何取值4.3 开壳层与闭壳层计算4.4 频率计算及振动分析(Freq)4.5 原子受力计算及分析（Force）4.6 溶剂模型设置及计算（Solvent）5 Gaussian专题操作Ⅱ：（均含操作实例）5.1 分子轨道、轨道能级计算及查看5.2 HOMO/LUMO图的绘制5.3 布居数分析、偶极矩等计算及查看5.4 电子密度、静电势计算及绘制（SCF、ESP）5.5 自然键轨道分析（NBO）三、 Gaussian进阶操作及计算实例6 Gaussian进阶操作I：势能面相关（均含操作实例）6.1 势能面扫描 (PES)6.2 过渡态搜索（TS和QTS）6.3 反应路径IRC等6.4 反应能垒：熵，焓，自由能等7 Gaussian进阶操作II：——各类光谱计算及绘制（均含操作实例）7.1 紫外吸收，荧光和磷光7.2 红外光谱IR7.3 拉曼光谱RAMAN7.4 核磁共振谱NMR7.5 电子/振动圆二色谱（ECD/VCD）7.6 外加电场与磁场(Field)8 Gaussian进阶操作III：——激发态专题8.1 垂直激发能与绝热激发能8.2 垂直电离能与电子亲和能8.3 重整化能（重组能）8.4 激发态势能面8.5 激发态能量转移（EET）8.6 自然跃迁轨道（NTO）8.7 激发态计算方法讨论9 Gaussian进阶操作IV：——高精度和多尺度计算方法9.1 多参考态(CASSCF)方法及操作9.2 背景电荷法9.3 ONIOM方法与QM/MM方法及操作9.4 结合能（ Binding Energy ）和相互作用能（包含BSSE 修正，色散修正等）9.5 非平衡溶剂效应及其修正四、 Gaussian计算专题与实践应用10 Gaussian综合专题I：Gaussian报错及其解决方案10.1 如何查看报错及解决Gaussian常见报错10.2 专项：SCF不收敛解决方案10.3 专项：几何优化不收敛（势能面扫描不收敛）解决方案10.4 专项：消除虚频等解决方案10.5 专项：波函数稳定性解决方案11 Gaussian综合专题II：常用密度泛函和基组分类、特点及选择问题11.1 Jacobi之梯下的交换相关能量泛函11.2 常见交换相关泛函优缺点及用法11.3 长程修正泛函、色散修正泛函等11.4 常见基组特点及用法选择（自定义基组等，基组重叠误差等）12 Gaussian文献I: 聚集诱导荧光（AIE）和激发态分子内质子转移（ESIPT）12.1 聚集诱导荧光(AIE)与聚集诱导猝灭（ACQ）12.2 激发态质子转移ESIPT12.3 晶体结构及分子建模12.4 QM/MM与ONIOM计算12.5 重整化能，圆锥交叉及质子转移(文献：Dyes and Pigments Volume 204, August 2022, 110396 )13 Gaussian文献专题II: 热激活延迟荧光(TADF)13.1 热激活延迟荧光TADF机理13.2 分子内能量转移Jablonski图13.3 旋轨耦合与各类激发能13.4 辐射速率、非辐射速率、（反）系间穿越等13.5 评估荧光效率（文献： ACS Materials Lett. 2022, 4, 3, 487–496 ）14 其他量化软件简介及总结Molcas/Molpro, Q-chem, lammps, Momap, ADF, Gromacs等详情：【腾讯文档】Gaussian量子化学、LAMMPS分子动力学课程。
收藏：科研常用模拟计算软件简介！
收藏：科研常用模拟计算软件简介！科研常用模拟计算软件如今的科研工作中越来越多的需要用到各种理论模拟或数值计算，直接使用成熟的商业模拟软件往往是科研人员解决问题的首选。
目前模拟软件众多，如何找到适合自己研究方向的软件是非常关键的问题。
否则花了很大时间精力学习了一款软件，最后发现软件并不是最适合自己的研究方向则是得不偿失。
根据自己的科研需求，选择最适合的软件进行学习非常重要。
有针对性的学的模拟软件的使用才能事半功倍。
希望本文能帮助大家选找到适自己研究领域的模拟软件，解决自己的科研问题。
今天就给大家简单介绍一下各种模拟计算的软件。
目前科研常用的模拟软件可以分为以下三类：•数学计算软件，如Maple、MATLAB、Mathematica；•化学类模拟软件，VASP、Materials Studio、Gaussian；•物理和工程类仿真模拟软件，如ANSYS、ABAQUS、COMSOL 等。
这些软件都具有一些数值计算或模拟仿真的功能，但功能和应用领域则大相径庭。
数学计算软件数学计算软件，它们能够帮助计算各种数学运算和方程求解，以及对数据进行处理和运算。
常用的软件有MATLAB、Mathematica、Maple。
MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂，其基本的数据单位是矩阵是由美国Mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
MATLAB也是一套编程语言，它很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言的编辑模式，用户通过编写MATLAB程序可以方便的实现数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能。
Mathematica和Maple都能提供非常强大的符号计算功能，能实现各种复杂的数学运算。
以上这些数学软件计算功能强大，但对使用者的数学和编程功底要求更高。
化学类模拟软件化学类模拟软件，它们在化学、材料等学科中运用非常广泛，这些软件主要针对分子层面的微观问题的模拟计算，在给定分子结果的前提下可以计算材料的光谱性质、电子结构、分子不同构象的能级等等。
量子化学计算的原理与应用
量子化学计算的原理与应用量子化学计算是由量子力学原理推导而来的一种计算方法，它可以用来模拟分子的结构和属性。
相比传统的实验方法或经验性计算方法，量子化学计算可以提供更准确的结果，并且能够帮助化学家更好地理解分子的本质。
在本文中，我们将探讨量子化学计算的原理和应用。
一、量子化学计算的基本原理量子力学是一种用于描述微观世界的物理理论，包括了波粒二象性、不确定性原理、波函数等基本概念。
量子化学计算的基本原理就是利用量子力学原理来模拟分子的行为。
在量子化学计算中，分子被视为由原子和化学键组成的体系，每个原子都有一个电子云和一个原子核。
通过对这些电子云和原子核的位置、能量、动量等量进行计算，可以求得分子的几何结构、能级和光谱等信息。
其中，分子的波函数是量子化学计算的核心概念。
波函数的形式取决于分子的几何结构和电子状态。
波函数描述了分子中每个电子的位置和能量分布情况，它是一个复杂的方程，不可直接观测。
通过数值求解波函数方程，可以得到分子的基态能量、振动频率、光谱等性质。
此外，还可以用波函数来计算分子的化学反应动力学和能量障碍等重要参数。
二、量子化学计算的应用量子化学计算在化学研究中广泛应用，可以用于模拟分子的结构、反应和光谱等性质。
以下是量子化学计算的一些典型应用。
1. 分子结构优化分子结构是分析分子属性的关键，通过量子化学计算，可以对分子结构进行优化。
这种方法可以计算出最稳定的几何结构，揭示分子化学键、键角、构象等信息。
例如，分子力学计算可以对小分子的三维结构进行预测，而量子化学计算可以对大分子的结构进行更准确的计算，如蛋白质、DNA等。
2. 化学反应机理探索化学反应机理是理解化学反应本质的关键。
通过量子化学计算，可以对化学反应机理进行探索，包括反应中间体的结构、反应能量障碍、反应速率等。
这些参数可以帮助理解化学反应的本质、优化催化剂、开发新的反应路径等。
3. 光谱性质的计算光谱是分子性质的一个重要指标。
几种计算软件
Gaussian: 量子化学领域最著名和应用最广泛的软件之一，由密度泛函分析理论的提出者量子化学家约翰波普的实验室开发，可以应用从头计算方法、半经验计算方法等进行分子能量和结构；过渡态能量和结构；化学键及反应能量；分子轨道；偶极矩；多极矩；红外光谱和拉曼光谱，核磁共振，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径等分子相关计算。
可以运行在Windows、Linux、Unix操作系统中运行，目前最新版本为Gaussian 03。
但由于Gaussian Inc. (Gaussian的发展者)排斥其他软件发展者的行为，而引来不少批评；其行为包括逐原开发者约翰波普离开Gaussian Inc. (因而成为学术界其中一件为人齿冷的事件）；禁止其他开发者(包括约翰波普)使用Gaussian. （引发起Banned By Gaussian 运动) 和禁止任何使用者发表比较Gaussian与其他量子化学软件效能的报告等。
Gamess-US: 由于免费与开放源码，成为除Gaussian以外，最广泛应用的量子化学软件，目前由Iowa State Uinversity的Mark Gorden 教授的研究组主理。
Q-Chem: 由一群随约翰波普离开Gaussian Inc. 的学者创立的一个商业量子化学软件。
Spartan: 提供一个十分优良的图形接口作量子化学计算，尤其适合非从事量子化学研究的学者使用。
此软件中有很大部的电子相关方法的计算程序实源自Q-Chem，所以当使用到该些计算方法而作出报告时，应同时于文献参考中引述Spartan与Ｑ-Chem。
MOLPRO：应用广泛的量子化学计算软件，软件长于高精度计算，用多参考CI，耦合簇等方法处理电子相关问题能够对较大的分子体系进行准确的从头计算。
MOPAC：应用最广泛的半经验量子化学计算软件，能够以AM1，AM1-d，PM3，MNDO，MNDO-d，MINDO/3等半经验计算方法计算分子体系的自由能，活化能，反应路径，偶极矩，非线性光学特性以及红外光谱等性质。
Gaussian软件简介
国家超级计算深圳中心科学计算相关软件
Gaussian简介
国家超级计算深圳中心科学计算相关软件Gaussian最早是由美国卡内基梅隆大学的约翰〃波普在60年度末、70年代初主导开发，是一个功能强大的商业化量子化学综合软件包。
Gaussian软件的出现大大降低了计算化学的门槛，使得从头计算方法可以广泛用于研究各种化学问题。
Gaussian 可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。
常常与gaussview连用。
目前国家超级计算深圳中心配置了Gaussian、TCP-Linda、GaussView三个模块，主要用来进行半经验计算和从头计算。
常用的量化计算软件
Molpro
国际上广泛使用的专业级电子结构量化计算软件
不同于其它的量子化学软件包，MOLPRO的重点是高精度计算，通过多参考CI， 耦合簇和有关的方法，广泛处理电子相关问题。程序的核心是MCSCF，MR-CI， 和耦合簇程序，以及一系列附加功能。 功能：多组态自恰场 ；自动计算振动频率，强度和热动力学特性；EOM-CCSD 计算激发态；MCSCF和MRCI波函的单电子跃迁特性，包括自旋-轨道耦合； MCSCF波函的一些双电子跃迁特性；多种单电子特性等等。
1
Gaussian 03
Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可以研究：
1. 分子能量和结构； 2. 过渡态的能量和结构化学键以及反应能量，反应路径; 3. 分子轨道，偶极矩和多极矩，原子电荷和电势，振动频率; 4. 红外和拉曼光谱，NMR，极化率和超极化率; 热力学性质； 5. 计算可以模拟在气相和溶液中的体系,模拟基态和激发态； 6. 还可以对周期边界体系进行计算
主要功能
1. 采用周期性边界条件(或超原胞模型)处理原子、分子、团簇、纳米线(或管)、薄膜、 晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体
2. 计算材料的结构参数(键长,键角,晶格常数，原子位置等)和构型 3. 计算材料的状态方程和力学性质(体弹性模量和弹性常数) 4. 计算材料的电子结构(能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF) 5. 计算材料的光学、磁学、晶格动力学性质(声子谱等) 6. 表面体系的模拟(重构、表面态和STM模拟) 7. 从头分子动力学模拟 8. 计算材料的激发态(GW准粒子修正)
常用量子化学计算软件
• 业界最流行的量化计算软件：Gaussian 03； • 化学家通用的密度泛函程序：ADF • 基于第一原理的分子动力学计算的软件包：
量子化学
绪 言
一、量子化学发展史
量子化学是应用量子力学基本原理研究原子、分子和晶体的电 子结构、化学键性质、分子间相互作用力、化学反应、各种光谱、 波谱和电子能谱的理论；同时也是研究无机和有机化合物、生物大 分子和各种多功能材料的结构与性质的一门学科。 1927年海特勒和伦敦用量子力学基本原理讨论氢分子结构问题，
E=8hc/5×1/[exp(hc/kT)-1]
实验
E (T , )
普朗克理论值
T=1646k
光电效应
1900年前后，许多实验已经证实：
•只有当照射光的频率超过某个最小频率（即临阈频率）时，金 属才能发射光电子，不同金属的临阈频率不同。
•随着光强的增加，发射的电子数也增加，但不影响光电子的 动能。 •增加光的频率，光电子的动能也随之增加。 以上是经典物理学所无法解释的。在 Plank 量子论的启发下， 1905年，Einstein发表了光子学说，圆满解释了光电效应。
说明了两个氢原子能够结合成一个稳定的氢分子的原因，并且利用相
当近似的计算方法，算出其结合能。由此使人们认识到可以用量子力学
原理讨论分子结构问题。他们的成功标志着量子力学与化学的交叉学科
——量子化学的诞生。
量子化学的发展历史可分两个阶段：
第一个阶段是1927年到20世纪50年代末，为创建时期。 其主要标志是三种化学键理论的建立和发展。
（ 1 ）光是一束电子流，光子的能量与光子的频率成正比，即： =h，光的能量是量子化的 （2）光子不但有能量，而且还有质量 m ，但光子的静止质量是 0 ， 光子质量m = h/c2 = 2.2×10-37/(g) :cm；
（3）光子具有一定的动量(p)，p = mc = h/c = h/
orca泛函的使用
orca泛函的使用Orca是一款常用于计算分子和固体体系的量子化学软件。
它提供了多种泛函和方法来描述分子的电子结构和化学性质。
本文将介绍Orca泛函的使用，并重点讨论其在计算化学领域的应用。
一、Orca简介Orca是一个高性能的量子化学软件包，它可以通过密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)计算分子和固体体系的性质。
Orca的特点如下：1. 支持多种泛函：Orca支持多种密度泛函，包括GGA、meta-GGA、LDA等。
用户可以根据需要选择合适的泛函来计算体系的属性。
2. 拥有多种方法：Orca不仅支持密度泛函理论，还支持更精确的方法，如Hartree-Fock (HF)理论、双激发配置相互作用（CI）和耦合簇理论（CC）等。
用户可以根据需要进行不同精度的计算。
3. 强大的并行计算能力：Orca针对大规模计算做了优化，可以充分利用多核处理器和集群计算资源，大大提高计算效率。
二、Orca的应用Orca在计算化学研究领域被广泛应用，涉及分子结构、化学反应、光谱性质等多个方面。
1. 分子结构和属性预测：Orca可以计算分子的几何构型、键长、键角以及能量等物理化学性质。
这些计算结果对于理解分子结构和特性起到重要作用。
2. 化学反应的模拟：通过Orca可以模拟化学反应的路径，计算反应活化能、能垒以及各个中间体的性质。
这些模拟结果有助于解释和预测化学反应的机理。
3. 光谱性质的计算：Orca可以计算分子的电子结构和光学性质，如UV-Vis吸收光谱、红外光谱和拉曼光谱等。
这些计算结果对于解释和预测光谱特性起到重要作用。
4. 固体材料的性质计算：除了分子系统，Orca还可以对固体材料进行计算，包括晶体结构的优化和各种固体性质的计算。
这些计算结果对于材料研究和设计具有重要意义。
三、Orca的使用步骤使用Orca进行计算需要按照以下步骤进行：1. 准备输入文件：使用纯文本编辑器创建输入文件，文件后缀为".inp"。
用薛定谔软件研发成功的案例
用薛定谔软件研发成功的案例薛定谔软件是一种基于量子力学的计算软件，能够模拟和处理量子系统的性质和行为。
它能够解决一些传统计算机无法解决的问题，并在各个领域得到广泛应用。
下面我将介绍几个使用薛定谔软件研发成功的案例。
1.量子化学：薛定谔软件在量子化学领域的应用非常广泛。
量子化学是研究分子结构、性质和反应机理的科学，传统计算机的计算复杂度限制了分子体系的模拟规模。
而薛定谔软件可以利用量子力学的性质高效模拟大规模分子体系，从而提供更准确的结果。
例如，药物研发过程中的分子对接和药效预测，都需要对分子间的相互作用进行计算，薛定谔软件可以提供更准确的计算和预测结果。
2.量子材料：薛定谔软件在量子材料研究中也发挥着重要的作用。
量子材料是指具有特殊的量子力学性质和功能的材料，例如超导材料、量子计算材料等。
薛定谔软件可以用来模拟和设计这些材料的性质和行为，帮助研究人员发现新的量子材料。
例如，一些用于量子计算的拓扑绝缘体材料的研究，薛定谔软件可以帮助研究人员预测和设计这些材料的电子结构和能带特性。
3.量子通信和量子加密：薛定谔软件在量子通信和量子加密领域也有重要的应用。
量子通信是一种通过利用量子力学性质进行安全传输信息的通信方式，而量子加密则是利用量子力学的性质对信息进行加密和解密。
薛定谔软件可以模拟量子通信和量子加密的原理和技术，帮助研究人员设计更安全和高效的量子通信和加密系统。
例如，薛定谔软件可以模拟量子隐形传态的过程和安全性，为量子通信的实际应用提供理论指导。
4.量子优化和量子机器学习：薛定谔软件还可以应用于量子优化和量子机器学习领域。
量子优化是指利用量子力学的性质解决最优化问题，而量子机器学习则是利用量子力学的性质进行机器学习。
薛定谔软件可以模拟和研究这些领域的算法和应用，为优化问题和机器学习提供新的解决方案。
例如，基于薛定谔软件的量子遗传算法可以用来解决复杂的最优化问题，而基于薛定谔软件的量子神经网络可以用来进行量子机器学习。
dmol3计算单原子
dmol3计算单原子
DMol3是一个量子化学计算软件，被广泛用于计算分子和材料
的电子结构和性质。
在计算单原子时，可以利用DMol3进行单原子
的能带结构、密度泛函理论计算以及分子动力学模拟等方面的研究。
首先，DMol3可以用来计算单原子的能带结构。
能带结构是材
料中电子能级随动量（k值）的分布情况，对于单原子来说，可以
通过DMol3计算得到单原子的电子能级随动量的分布情况，从而了
解单原子的电子结构和能带特征。
其次，DMol3还可以利用密度泛函理论计算单原子的性质。
密
度泛函理论是研究材料电子结构和性质的重要方法，通过DMol3可
以对单原子的电子云密度、电子轨道分布等进行精确计算，从而揭
示单原子的化学键性质和反应活性等信息。
此外，DMol3还可以用于模拟单原子的分子动力学行为。
通过
分子动力学模拟，可以研究单原子在不同温度、压力条件下的运动
规律和相变行为，从而揭示单原子在实验条件下的物理性质和材料
行为。
综上所述，DMol3可以在多个方面对单原子进行全面的计算研究，包括能带结构、密度泛函理论计算以及分子动力学模拟等，从而深入理解单原子的电子结构和性质。
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量子化学是应用量子力学的规律和方法来研究化学问题的一门学科。
将量子理论应用于原子体系还是分子体系是区分量子物理与量子化学的标准之一。
主要分为：①分子轨道法（简称MO法，见分子轨道理论）；②价键法（简称VB法，见价键理论）；③密度泛函理论。
以下只介绍分子轨道法。
①分子轨道法：分子体系中的电子用单电子波函数满足Pauli不相容原理的直积(如Slater 行列式)来描述，其中每个单电子波函数通常由原子轨道线性组合得到(类似于原子体系中的原子轨道)，被称作分子轨道，分子轨道理论是目前应用最为广泛的量子化学理论方法。
o HF方法：它是原子轨道对分子的推广，即在物理模型中，假定分子中的每个电子在所有原子核和电子所产生的平均势场中运动，即每个电子可由一个单电子函数（电子的坐标的函数）来表示它的运动状态，并称这个单电子函数为分子轨道，而整个分子的运动状态则由分子所有的电子的分子轨道组成（乘积的线性组合），这就是分子轨道法名称的由来。
分子轨道法的核心是哈特里－福克－罗特汉方程，简称HFR方程，它是以三个在分子轨道法发展过程中做出卓著贡献的人的姓命名的方程。
1928年D.R.哈特里提出了n个将电子体系中的每一个电子都看成是在由其余的n-1个电子所提供的平均势场中运动的假设。
这样对于体系中的每一个电子都得到了一个单电子方程（表示这个电子运动状态的量子力学方程），称为哈特里方程。
使用自洽场迭代方式求解这个方程（见自洽场分子轨道法），就可得到体系的电子结构和性质。
哈特里方程未考虑由于电子自旋而需要遵守的泡利原理。
1930年，B.A.福克和J.C.斯莱特分别提出了考虑泡利原理的自洽场迭代方程，称为哈特里－福克方程。
它将单电子轨函数(即分子轨道)取为自旋轨函数（即电子的空间函数与自旋函数的乘积）。
泡利原理要求，体系的总电子波函数要满足反对称化要求，即对于体系的任何两个粒子的坐标的交换都使总电子波函数改变正负号，而斯莱特行列式波函数正是满足反对称化要求的波函数。
将哈特里－福克方程用于计算多原子分子，会遇到计算上的困难。
C.C.J.罗特汉提出将分子轨道向组成分子的原子轨道（简称AO）展开，这样的分子轨道称为原子轨道的线性组合（简称LCAO）。
使用LCAO-MO，原来积分微分形式的哈特里－福克方程就变为易于求解的代数方程，称为哈特里－福克－罗特汉方程，简称HFR 方程。
o CI方法：组态相互作用(Configuration Interaction)方法。
用HF自洽场方法计算获得的波函数和各级激发的波函数为基展开体系波函数。
完全的组态相互作用(Full-CI)是指定基组下最精确的方法，但其计算量约以基函数的阶乘规模增加，目前仅限于对小分子作为Benchmark以检测其他方法的可靠性，在实际应用中常采用截断CI方法，如DCI、SDCI等。
由于截断CI不满足体积加合性(size-extensive)，虽然有一些经验方法校正(如Davidson correction)，仍然限制了其应用。
o MP方法：多体微扰方法，将多电子体系的总哈密顿算符与Fock算符的差作为体系的微扰项，应用Rayleigh-Schroedinger微扰方法计算。
一级微扰等价于HF，二级微扰可以达到甚至超过DCI方法的精度水平，但计算量(N^5)小于DCI(N^6)。
一般不适用于能级接近简并的体系。
任意阶的MP都是size-extensive的。
o多组态自洽场方法：同时对组态和展开系数进行优化，恰当地应用可以克服截断CI不满足体积加合性的缺点，并比较地准确处理能级近简并的体系。
o半经验计算方法：Extended Huckel method, AM1,PM3等方法。
在计算过程中根据实验数据，将一些波函数积分用经验常数替代，可以上千倍地减少计算量，采用的经验常数不同，半经验算法的应用范围也不同，应用时需要根据研究体系的具体情况进行选择。
②价键法：它的核心是:两个含有单个电子的原子,若它们电子的自旋方向相反,则通过电子的配对,在这两个原子间形成一个共价键。
③密度泛函理论密度泛函理论：当分子体系各原子核空间位置确定后，电子密度在空间中的分布也确定，可以将体系的能量表示为电子密度的泛函，密度泛函分析变分法求出能量最低时的电子密度分布和体系能量。
研究工作者最重要的是要根据自己的研究课题的需要，先构建和确定需要进行理论研究的物质结够模型，再选定能满足计算要求的应用量子化学计算程序和软件，然后进行量子化学计算分析计算结果，获得所关心或感兴趣的能表征物质性质的信息并加以应用。
软件介绍A、建模软件(1) Chemoffice是一款广受化学学习、研究者好评的化学学习工具，据说对大学生学习化学帮助很大。
ChembioOffice 是由CambridgeSoft开发的综合性科学应用软件包。
该软件包是为广大从事化学、生物研究领域的科研人员个人使用而设计开发的产品。
同时，这个产品又可以共享解决方案，给研究机构的所有科技工作者带来效益。
利用ChemBioOffice 可进行化学生物结构绘图、分子模型及仿真、将化合物名称直接转为结构图，省去绘图的麻烦；也可以对已知结构的化合物命名，给出正确的化合物名，等。
(2) GaussView 主要功能有创建三维分子模型，计算任务设置全面支持Gaussian 计算，和显示Gaussian计算结果等。
B、计算软件：(1) Gaussian:量子化学领域最著名和应用最广泛的软件之一，由量子化学家约翰波普的实验室开发，可以应用从头计算方法、半经验计算方法等进行分子能量和结构；过渡态能量和结构；化学键及反应能量；分子轨道；偶极矩；多极矩；红外光谱和拉曼光谱，核磁共振，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径等分子相关计算。
可以运行在Windows、Linux、Unix操作系统中运行，目前最新版本为Gaussian 09。
但由于Gaussian Inc. (Gaussian的发展者)排斥其他软件发展者的行为，而引来不少批评；其行为包括逐原开发者约翰波普离开Gaussian Inc. (因而成为学术界其中一件为人齿冷的事件）；禁止其他开发者(包括约翰波普)使用Gaussian. （引发起Banned By Gaussian 运动和禁止任何使用者发表比较Gaussian与其他量子化学软件效能的报告等。
(2) Materials Studio：是ACCELRYS 公司专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在PC上的模拟软件。
他可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。
支持Windows98、NT、Unix以及Linux等多种操作平台的Materials Studio使化学及材料科学的研究者们能更方便的建立三维分子模型，深入的分析有机、无机晶体、无定形材料以及聚合物。
多种先进算法的综合运用使Material Studio成为一个强有力的模拟工具。
无论是性质预测、聚合物建模还是X射线衍射模拟，我们都可以通过一些简单易学的操作来得到切实可靠的数据。
灵活方便的Client-Server结构还是的计算机可以在网络中任何一台装有NT、Linux或Unix操作系统的计算机上进行，从而最大限度的运用了网络资源。
(3) V ASP是使用赝势和平面波基组，进行第一定律分子动力学计算的软件包。
V ASP中的方法基于有限温度下的局域密度近似（用自由能作为变量）以及对每一MD步骤用有效矩阵对角方案和有效Pulay混合求解瞬时电子基态。
这些技术可以避免原始的Car-Parrinello方法存在的一切问题，而后者是基于电子、离子运动方程同时积分的方法。
离子和电子的相互作用超缓Vanderbilt赝势(US-PP)或投影扩充波(PAW)方法描述。
两种技术都可以相当程度地减少过渡金属或第一行元素的每个原子所必需的平面波数量。
力与张量可以用V ASP很容易地计算，用于把原子衰减到其瞬时基态中。
(4) Gamess-US: 由于免费与开放源码，成为除Gaussian以外，最广泛应用的量子化学软件，目前由Iowa State Uinversity的Mark Gorden 教授的研究组主理。
(5) CASTEP: 为一量子力学为基础的周期性固态材料化学计算的套装软件，此程式由英国剑桥大学卡文迪西(Cavendish)实验室的凝态物理理论组所共同研究开发。
CASTEP是由密度泛函理论为基础的计算程式所组成，同时采用平面波(plane wave)为基底处理波函数，可针对具有周期性的固态材料表面进行化学模拟计算，而此软件更具有高精准度以及高效能计算能力的表现。
(6) ATK：ATK是由丹麦公司QuantumWise A/S开发的一款通用的电子态结构计算软件，它有以下特性：集成了密度泛函理论（DFT）和半经验方法（SE）等计算引擎，能进行常规的固体、分子的电子态结构、能带、态密度等的计算，其中半经验算法可以用于计算大规模的、上千个原子的体系；ATK是目前唯一集成了非平衡态格林函数方法、能用于模拟纳米结构器件在外加偏压下的电子输运特性的商业软件；简单直观的图形界面Virtual Nano Lab （VNL），特别适合于以下体系建模：a)双电极或多电极器件体系（目前研究器件中电子输运的标准模型），b) 纳米体系、尤其是目前热门研究的纳米管、石墨烯片层、石墨烯带、富勒烯球等体系；c) VNL还包括了强大、丰富的结果分析工具，可以输出各种高质量的三维结构、数据图；ATK的开发和运行是基于python格式的脚本语言NanoLanguage；用户自己使用NanoLanguage也可以自己定义工具，这为ATK和VNL的功能扩展提供了无限的可能性；ATK可以在多核、多路、多节点并行计算，节点间并行效率最高可达线性标度。
其他量子化学计算软件目前，除了上面提到的几版著名量子化学计算软件之外，还有大量商业和免费的量子化学计算软件，其中绝大部分是从事量子化学或计算化学研究的实验室自行开发的，此外，一些著名的大型化学软件如HyperChem、Chem3D、Sybyl等，也包含有量子化学计算包。