Нестандартни входни файлове

Презентация по темата: "Нестандартни входни файлове"— Препис на презентация:

1 Нестандартни входни файлове
Външни входни данни Форматиране

2 Молекулни координати   
0,2 C C,1,RCC H,1,R1,2,A1 X,1,1.,2,X1,3,180.,0 H,1,R2,4,A2,2,90.,0 H,1,R2,4,A2,2,-90.,0 H,2,R3,1,A3,3,0.,0 H,2,R4,1,A4,3,180.,0 RCC=1.4985 R1= R2=1.0886 R3= R4= A1= X1= A2= A3= A4=  Видове молекулни координати поддържани от Gaussian: Вътрешни ( Z-матрица ) 1 1 C N 1 B1 C 2 B2 1 A1 C 2 B3 1 A2 3 D1 C 3 B4 2 A3 1 D2 C 4 B5 2 A4 1 D3 C 5 B6 3 A5 2 D4 H 3 B7 2 A6 1 D5 Variables: B B B Constants: A D  0 2 C1 C2 C1 CC H1 C1 CH C2 T H2 C1 CH C2 T H1 T 1 H3 C2 CH C1 T H1 180. H4 C2 CH C1 T H3 120. H5 C2 CH C1 T H3 240. CC 1.54 CH 1.09 T  Собственият графичен пакет на Gaussian е GaussView – може да се използва за подготовка на входни и обработка на изходни файлове.

3 Молекулни координати    Декартови Смесени
0 2  0 2 C C H X H H H H  Смесени 0 2 C C,1,RCC H,1,R1,2,A1 H H H H  В случая се избягва употребата на dummy атом.

4 Молекулни координати  
Понякога се налага вкарване на молекулна структура ‘отвън’ – експериментални данни, предишно изчисление с друга програма, координати от научна публикация и др. Най-лесно външна структура се задава чрез декартови координати, но може да се наложи допълнително форматиране. То може да се осъществи чрез: Графична програма GaussView’5 – превръща 8 файлови формата [*.out, *.cub, *.chk, *.fch, *.pdb, *.mol(MDL), *.(SYBYL), *.cif(X-ray)] Chem3D’8 - превръща 27 файлови формата Babel - превръща 46 файлови формата Други – VMD, Moldraw, Molekel, WebLabViewer, ViewerPro, Molden, ……………. От предварително записан checkpoint файл %chk=test #RHF/6-31g Geom=Check Opt 0 1 Секцията с молекулните координати остава празна!  Redundant internal coordinates taken from checkpoint file: test.chk  Ръчно Да фигурира информацията от предишния слайд в свободен формат (позиции).

5 Базисни функции Почти всички изчисления изискват задаване на базисен набор. Наличните в Gaussian базиси са изброени на стр от упътването. Ако не е зададен базис се използва STO-3G. 20 атома ( C9H9NO) #UHF/6-31G Opt  Standard basis: 6-31G (6D, 7F) There are symmetry adapted basis functions of A symmetry. 117 basis functions, 278 primitive gaussians, cartesian basis functions 39 alpha electrons beta electrons 

6 Вградени базисни функции
Извеждане на базисните функции на някой от вградените базиси в явен вид #RHF/D95V GFPrint   Полезно при сравняване на различни базиси от един и същи клас AO basis set: Atom C1 Shell 1 S 7 bf D D-02 D D-02 D D-01 D D+00 D D+00 D D+00 D D+00 Atom C1 Shell 2 S 2 bf D D+00 D D+01 Atom C1 Shell 3 S 1 bf D D+01 Atom C1 Shell 4 P 4 bf D D-01 D D+00 D D+00 D D+00 Atom C1 Shell 5 P 1 bf D D+01 

7 Вградени базисни функции
Извеждане на някой от вградените базиси във формат за вход #RHF/6-31+G* GFInput   Използва се при необходимост от модифициране на вграден базис Standard basis: 6-31+G(d) (6D, 7F) AO basis set in the form of general basis input: 1 0 S D D-02 D D-01 D D-01 D D+00 D D+00 D D+00 SP D D D-01 D D D+00 D D D+00 SP D D D+01 D D D+01 D D D+01 **** 

8 Външни базисни функции
Ако спецификата на задачата изисква използване на базисни функции, които не фигурират в библиотеката на Gaussian се налага вчитането им от Интернет-библиотеки, научни публикации или разработване на собствен базис Надеждни Интернет-източници Handbook of Gaussian Basis Sets, R. Poirier, R. Cari, I. Csizmadia, Elsevier, 1985 ftp://ftp.chemie.uni-karlsruhe.de/pub/BASES/

9 Външни базисни функции
Формат за задаване на външен базис #RHF Gen (6D,10F) Opt Z-матрица  19 C 0 S D D-02 D D-01 D D-01 D D+00 D D+00 D D+00 SP D D D-01 D D D+00 D D D+00 SP D D D+01 D D D+01 D D D+01 **** Пореден номер или вид на атома Тип на слоя Брой на примитивните в слоя Скалиращ множител Гаусов експонент  General basis read from cards: (5D, 7F) Контракционни коефициенти Край на блока ( задължителен в позиции 1-4! )

10 a= b=c=0 s a=1, b=c=0 px a= 1, b= 1, c=0 dxy a=2, b=c=0 dx2 a= 1, b= 1, c=1 fxyz a=2, b=c=0 dx2

11

12

13

14  Добавяне на базисни функции  
Ако е необходимо да се добавят базисни функции към съществуващ базис, напр. само за даден химичен елемент или допълнителни дифузни (поляризационни) функции: #RHF 6-31G* Extrabasis Opt Z-матрица  EU 0 S E-02 E-02 E-01 F ****  Изисква отново секция във входния файл с формат като при Gen  Няма специално съобщение. Тази ключова дума не може да се използва за заменяне на съществуващи базисни функции! 

15 Ефективни потенциали Тъй като вътрешните (core) електрони не участват в образуване на химични връзки, тази част от вълновата функция може да се апроксимира с ефективен потенциал, който се получава чрез развитие с плоски вълни. Предимства на ECP: намаляват броя собствени вектори, за които трябва да се решават SCF-уравненията премахват част от възлите на вълновата функция позволяват включване на релативистични ефекти

16 Ефективни потенциали 
При изчисления с тежки атоми е неизбежно използването на ефективни потенциали ( ЕСР ) за вътрешни електрони поради необходимост от отчитане на релативистични ефекти и от намаляване на изчислителното време.  EU 0 EU-ECP H POTENTIAL 1 S-H POTENTIAL P-H POTENTIAL D-H POTENTIAL F-H POTENTIAL G-H POTENTIAL #RHF 6-31G* Pseudo=Read Opt  ECP могат да бъдат както вградени ( SHC, LANL1, LANL2 ), така и външни Атоми, за които ще се използва потенциала Име на потенциала ( да не се повтаря с вградените) Максимален ъглов момент Брой вътрешни електрони заменени от потенциала Име на блока Брой функции в блока Степен на R Експонент Коефициент

17 Ефективни потенциали 
Pseudopotential Parameters =============================================================================== Center Atomic Valence Angular Power Number Number Electrons Momentum of R Exponent Coefficient H and up S - H P - H D - H F - H G - H No pseudopotential on this center. При ЕСР е много важно разстоянието ( cutoff ), до което се ‘простира’ потенциала. Напоследък са много актуални т.нар. ‘ултрамеки’ ECP на Vanderbilt, които възпроизвеждат точно поведението на вътрешните електрони при сравнително голямо R и с малък брой плоски вълни [1, 2]. D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 41, 7892 (1990). K. Laasonen, A. Pasquarello, R. Car, C. Lee, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 47, (1993).

18 Iop(4/5)= Guess=read

19 IExCor= 402 DFT=T Ex=B+HF Corr=LYP ExCW=0 ScaHFX= 0.200000
Gaussian съдържа набор от вградени обменни, корелационни и хибридни функционали, като обменните и корелационни части се комбинират при задаване във входния файл. Има възможност и за дефиниране на собствен функционал по следния модел: Стойностите на Pi се задават с нестандартни опции  #Iop(3/76=mmmmmnnnnn) #Iop(3/77=mmmmmnnnnn)  P1 и P2  P3 и P4  P5 и P6 B3LYP: #P BLYP IOp(3/76= ) IOp(3/77= ) IOp(3/78= ) В изходния файл се отпечатват стойностите, които са използвани: IExCor= 402 DFT=T Ex=B+HF Corr=LYP ExCW=0 ScaHFX= ScaDFX= ScaHFX е P2, а последователността от стойности на ScaDFX са P4, P3, P6 и P5.

20 Мрежа (grid) за изчисляване на интеграли
брой ъглови точки в слой брой радиални слоеве #RHF 3-21G* Integral(Grid=CoarseGrid)   grid с размери ( 35,110 ) #RHF 3-21G* Integral(Grid=SG1Grid)   grid с размери ( 50,194 ) #RHF 3-21G* Integral(FineGrid)   grid с размери (75,302) – по подразбиране; ~ 7000 точки/атом #RHF 3-21G* Int(Grid=UltraFine)   grid с размери ( 99,590 ) #RHF 3-21G* Integral(Grid=mmmnnn)   grid с mmm*nnn общ брой интеграционни точки; nnn заема определени стойности #RHF 3-21G* Integral(Grid=-mmmnnn)   сферичен grid с 2*mmm*nnn2 общ брой интеграционни точки; nnn заема всякакви стойности

21 Мрежа (grid) за изчисляване на интеграли 
Няма специално съобщение, мрежите се различават само по Iop.  Coarse grid 3/5=5,7=1,11=1,16=1,25=1,30=1,75=2/1,2,3; SCF Done: E(RHF) = A.U. after 6 cycles Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 36.0 seconds.  Fine grid 3/5=5,7=1,11=1,16=1,25=1,30=1,75=4/1,2,3; SCF Done: E(RHF) = A.U. after 6 cycles Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 42.0 seconds.  Ultrafine grid 3/5=5,7=1,11=1,16=1,25=1,30=1,75=5/1,2,3; SCF Done: E(RHF) = A.U. after 6 cycles Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 50.0 seconds. 

22  Мрежа (grid) за изчисляване на интеграли  Custom grid ( 70,434 )
3/5=5,7=1,11=1,16=1,25=1,30=1,75=70434/1,2,3; SCF Done: E(RHF) = A.U. after 6 cycles Job cpu time: 0 days 0 hours 0 minutes 52.0 seconds.  При сравняване на енергии трябва да се използват еднакви мрежи! 

23 Силови константи При геометрична оптимизация се изчисляват силови константи (и градиент), като първоначалните им стойности могат да се окажат важни. Варианти за пресмятане на изходни силови константи (СК) #OPT=NewEstmFC RHF 3-21G*   СК се оценяват чрез валентно силово поле и се обновяват на всяка стъпка на базата на изчисления градиент (по подразбиране) Berny optimization. Internal Forces: Max RMS Search for a local minimum. Step number 1 out of a maximum of 104 All quantities printed in internal units (Hartrees-Bohrs-Radians) Second derivative matrix not updated -- first step Internal Forces: Max RMS Step number 2 out of a maximum of 104 Update second derivatives using D2CorX and points 1 2 

24 Силови константи     %chk=test_mol
#OPT=ReadFC RHF 3-21G*   СК се взимат от предварително записан checkpoint файл – могат да бъдат приблизителни от оптимизация на по-ниско ниво или пресметнати точно при честотен анализ Berny optimization. Initialization pass. Force constant matrix read from checkpoint file: test_mol.chk SCF Done: E(RHF) = A.U. after 9 cycles Job cpu time: 0 days 0 hours 12 minutes 31.0 seconds.  %chk=test_mol #OPT=RСFC RHF 3-21G*   Декартовите СК се взимат от предварително записан checkpoint файл – налага се напр. при понижаване на симетрията на опт. структура Berny optimization. Initialization pass. Cartesian force constants read from checkpoint file: test_mol.chk 

25 Силови константи     %mem=600MB
#OPT=CalcFC RHF 3-21G*   Изходните СК се изчисляват с метода, с който се прави оптимизацията Range of M.O.s used for correlation: Differentiating once with respect to electric field. with respect to dipole field. Differentiating once with respect to nuclear coordinates. Step number 1 out of a maximum of 104 Second derivative matrix not updated -- analytic derivatives used. SCF Done: E(RHF) = A.U. after 9 cycles Job cpu time: 0 days 0 hours 37 minutes 13.0 seconds.  %mem=600MB #OPT=CalcAll RHF 3-21G*   СК се изчисляват с метода, с който се прави оптимизацията на всяка стъпка; изключително времеемко! Range of M.O.s used for correlation: Differentiating once with respect to electric field. with respect to dipole field. Differentiating once with respect to nuclear coordinates. SCF Done: E(RHF) = A.U. after 11 cycles Job cpu time: 0 days 1 hours 21 minutes 54.0 seconds.  Появява се на всяка стъпка.

26 Самостоятелна работа Направете упражнения В.1, В.2 и пример А.1.
Направете упражнения В.1, В.2 и пример А.1. Оптимизирайте геометрията на молекулата с RHF, като зададете външен базис. 3. (*) Оптимизирайте молекулата с DFT функционал, съставен от Вас, и базис 6-31G*. 4. (**) Оптимизирайте молекулата с RHF/6-31G* и Opt=CalcAll и сравнете геометрията и времето с тези от стандартната оптимизация. 5. Пресметнете енергията на оптимизирания с UHF йон-радикал, като използвате различни мрежи, и сравнете времето за пресмятане. 6. Задайте чрез Iop конвенционален метод за SCF процедурата и пресметнете така енергията на оптимизирания с UDFT йон-радикал.