量子化学计算方法-Gaussian的使用

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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
删除目录
(5)top-显示当前进程和CPU以及内存使用情况
(6)kill-终止某个进程,格式为:kill PID号 (PID号由top命令可得,受权限限制)
(7) pwd—显示用户当前所在目录,格式为:pwd (8) cat-显示文件内容,格式为:cat 文件名 (9) grep-一般用于从某个或多个文件中搜索某串字符, 格式为:grep ―字符串” 文件名 例:grep ―F=‖ vasp.out (10)scp-用于网关与内部网内各计算节点或外部网络之间 的文件传输 格式为: • 从其它到网关: scp 文件 用户名@网关IP:目录 例:scp vasp.out zyf@zyf-2400:~/trans • 从网关到其它: scp 用户名@网关IP:目录/文件名 目标目录 例:scp zyf@zyf-2400:~/trans/vasp.out 该命令也可用于同一节点不同用户之间的文件传输
一般计算过程
1.文 献 调 研 2.确 定 计 算 目 的 3.计 算 模 型 的 构 造 4.计 算 方 法 和 程 序 的 选 取 5.计 算 结 果 的 分 析 和 整 理
当前的研究状况,包括实验和理 论研究现状、已解决和尚未解决 的问题 采用理论方法要解决的问题
化合物构型的确定,具体途径 包括:利用实验测定结果、或 者采用软件进行构造等
课堂练习 1. 安装G03 Linux版本 2. 采用vi命令编辑Gaussian输入文件,具体内容如下: %mem=32mb #p b3lyp/6-311++G** opt Geom Optimization of C2H4 0,1 C C 1 1.5 H 1 1.0 2 120.0 H 1 1.0 2 120.0 3 180.0 H 2 1.0 1 120.0 3 0.0 H 2 1.0 1 120.0 3 180.0 3. 运行g03,采用top, tail命令察看进程以及用vi和grep命 令参看计算输出等;
(11) vi-文本编辑命令 该命令常用但较为复杂,它有2种模式:命令模式和插入 模式,二者之间关系为: i Esc command mode insert mode command mode 在命令模式下,可实现以下功能及其对应按键: delete a character: x delete a line: dd search a string : /(向后) ?(向前) save the change: :w save the change and quit: :wq quite without saving : :q! page down: Ctrl+d page up: Ctrl+u go to file end: shift+g go to n line: :n
量子化学计算方法
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:
setenv GAUSS_SCRDIR /home/$USER/g03_tmp(设置临时目录) d.运行bsd/install,自动配置并行计算环境
注:对Linux平台,运行g03时,需注意权限问题,可用chmod 命令更改权限,将所安装的g03对所有用户开放;对于多节点并行 计算还需保证各节点之间能无密码互相访问。
(12) tar-文件打包命令(适用文件扩展名为tar) 该命令用于多个文件/目录的打包或解包,常用格式有: 文件打包:tar cvf 要打包成的文件名 要打包的文件 例:tar cvf model.tar * 生成 model.tar文件 解包: tar xvf 要解包的文件名 例:tar xvf model.tar (13) gzip/gunzip-文件压缩/解压命令(文件扩展名为gz) 例:gzip model.tar 生成 model.tar.gz 文件 gunzip model.tar.gz 生产model.tar文件 (14) du—察看当前目录所占硬盘空间大小(类似命令df) 例:du –h df –h (察看硬盘各分区大小)
基于Linux系统的计算拓扑结构 (2). Linux平台: 计 算 节 点 计 算 节 点 计 算 节 点
交换机 Linux系统 网 关 外部网(普通) 用户终端 内部网(高速) Window系统
说明: 网关作用类似于防火墙,用于保证内部网的安全和稳定, 作为网关的计算机通常配有2个网卡,分别用于外部网和 内部网的连接。 本实验室网关机子IP地址: 219.229.135.210 (非固定IP,可能发生改变)
c.设置环境变量,以c shell为例,在用户根目录下的.cshrc文件
添加下列内容:(也可在执行g03前逐条运行) setenv g03root /home/$USER(设置g03所在目录,根据实际情况修改)
source $g03root/g03/bsd/g03.login(激活g03运行时所需环境变量)
的研究:如对A1, A2, A3,先用大模型和基组对A1进行研究,
然后以该结果为参照,确定计算量适中的模型和方法并应用 于A1,A2,A3。
Gaussian03程序的使用
• • • • G03的安装和运行; G03的功能和程序结构; 输入文件的编写与主要功能的使用; 补充说明;
G03程序的安装和运行


量子化学软件目的在于将量子化学复杂计算
过程程序化,从而便于人们的使用、提高计算 效率并具有较强的普适性。 绝多数量子化学程序是采用Fortran语言编 写的(Fortran 77或Fortran 90),通常由上万行 语句组成。
计算原理
软件分类
研究对象
基于从头算或第一性原理方法 (ab initio/first principles) Gaussian、ADF、Dalton、Gamess、 Crystal、VASP、Wien、Dmol、 Castep等 基于半经验或分子力学方法 MOPAC、EHMO、NNEW3等 有限尺度体系(分子、簇合物等) Gaussian、ADF、Dalton、 Gamess、MOPAC、EHMO等 无限周期重复体系(晶体、固体 表面、链状聚合物等) Crystal、NNEW3、VASP、 Wien等
计算作业提交过程:
a. 用户登录网关-通过SSH远程登录软件实现
SSH软件(SSHSecureShellClient-3.2.9.exe)可从网络上免费 下载,安装过程与通常软件安装类似。安装完毕后,设置 网关外部网的IP地址以及账号名即可使用。
点击Profiles设置IP地址及用户名
b. 从网关登录到计算节点-采用telnet命令实现
型较大时,只能选择精确度较低的计算方法,只有对较小的模
型才能选取高级的计算方法。 因此,当确定了一种计算模型和方法后,最好对其进行验证, 以保证计算结果的可靠性。
假设当前的研究对象是化合物A,可通过下列途径进行验证:
1. 与A化合物现有实验结果之间的比较;
2. 若无实验方面的报道,法行不通时,可以采用较大模型和较为高级的计算 方法得到的计算结果作为参照,该方法主要用于系列化合物
1. G03程序的安装:
(1).确定运行平台:Windows或Linux?
(2).对Windows平台: 直接运行setup.exe,其余步骤按提示操作即可;也可将其它机
器上将已安装好的G03直接拷贝到本机,但需设置运行环境。
对Linux平台: a.若G03是经过压缩过的(文件结尾为gz),用gunzip命令解压: 例如: 例如: gunzip g03.linux.tar.gz tar xvf g03.linux.tar b.若G03是打包的(文件结尾为tar),用tar命令将其释放:
(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;
b.编写或打开g03输入文件
点击RUN,并给定输出 文件名后开始运行
c.g03运行过程的控制:
不要随意点击!
最上行按钮的功能从左至右依次为: 开始运行g03;暂停进程;运行至下一模块(link)时暂停进程; 重新启动进程;清除进程(停止运算);编辑批作业;运行完 当前任务后,暂停批作业;停止批作业的运算;观看计算结 果;打开文本编辑器;
2.G03程序的运行:
(1).对Windows平台: a.对于刚安装好的g03,先检查环境设置情况:
需设置正确, 否则运行将出错!
左侧至上而下依次为:默认的文本编辑器;g03可执行文件所在目录; 计算中间结果存放目录;缺省的计算结果存储目录;缺省的输入文件 所在目录;PDB分子构型浏览器; 右侧至上而下依次为:设置显示属性(如背景色等);设置文本编辑器 属性;计算过程控制属性(尤其是批作业过程);Default.Rou文件的编 辑(该文件内容为默认情况下,计算所花费的内存及硬盘大小)
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