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Gaussian量化模擬入門教程（一）：基本理論與操作實(shí)踐

來源：計(jì)算狗時(shí)間：2020-10-12 16:38:02 瀏覽：14202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(jìn)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(jìn)行計(jì)算和分析。利用Gaussian的計(jì)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(dòng)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(jì)算，只是由于計(jì)算效率較低，人們通常會(huì)選擇其他更為合適的軟件（如VASP、CASTEP）來進(jìn)行周期性結(jié)構(gòu)模擬。介于上述理由，Gaussian計(jì)算的輸入模型通常是單個(gè)分子，或由多個(gè)原子/分子構(gòu)成的團(tuán)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(jìn)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(jìn)行介紹。

2. 軟件安裝

利用Gaussian軟件進(jìn)行量化模擬，一般會(huì)需要安裝3個(gè)軟件，即：Gaussian09，GaussView和Multiwfn三個(gè)軟件。其中Gaussian09是用于計(jì)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(jìn)行建模并生成相應(yīng)的輸入文件，在計(jì)算任務(wù)完成后也可進(jìn)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(qiáng)大的波函數(shù)分析軟件。該軟件可以極為方便的從計(jì)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(gè)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(jìn)行量化模擬，在本機(jī)上安裝上述三個(gè)軟件即可。

若是打算利用服務(wù)器或超算中心（Linux系統(tǒng)）進(jìn)行計(jì)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(shí)，由于需要通過SSH遠(yuǎn)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(gè)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(diǎn)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(jì)算資源分配（核數(shù)、內(nèi)存使用情況）、計(jì)算方法和精度、任務(wù)要求及計(jì)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(jì)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(jì)算過程中輸出信息?？奢d入GaussView中，對計(jì)算結(jié)果或計(jì)算過程中的一些結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析。

檢查點(diǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

讀寫文件：文件后綴名通常為.rwf，包含計(jì)算的所有信息。該文件通常非常大，在計(jì)算完成后會(huì)被自動(dòng)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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