问题：Gaussian 简介
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版块：量子化学、计算化学(deng_jin,)
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时间：2005-02-24 06:54:33 编辑加入/取消收藏订制/取消短消息举报该贴

简介：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：
Gaussian 98的功能有：
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。
将原子轨道(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）。
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。还可以计算非迭代三组态（以及QCISD和BD的四组态）的贡献。
泛函数理论(DFT)，包括LSDA, BLPY, Becke的1993三参数混合方法，Becke的1996单参数混合方法，和由此产生的变体，以及由使用者自行组合的Hartree-Fock和DFT的混合方法。
自动化的高度准确能量方法：G1理论，G2理论和G2(MP2)理论；完全基组(CBS)方法: CBS-4, CSB-q, CBS-Q，CBS-Q//B3和CBS-QCI/APNO，以及一般CBS外插方法。
广义MCSCF，包括完全活性空间SCF(CASSCF)，并允许包含MP2相关作用计算。算法的改善使得Gaussian 98可处理12个以内的活性轨道。
广义价键结-完全配对(GVB-PP) SCF方法。
对Hartree-Fock和DFT方法计算在取消限制后，测试SCF波函数的稳定性。
使用单激发组态相互作用(CI-Singles)方法，HF和DFT的含时方法，和ZINDO半经验方法，计算激发态能量。
梯度和几何优化
解析计算RHF，UHF，ROHF，GVB-PP，CASSCF，MP2，MP3，MP4(SDQ)，CID，CISD，CCD，QCISD，密度泛函和激发态CIS能量的核坐标梯度。以上后-SCF方法可以利用冻结核近似。
使用内坐标，笛卡尔坐标或混合坐标，自动进行几何优化到能量最小或鞍点结构。不论输入结构使用何种坐标系统，优化计算的默认执行使用冗余内坐标。
使用同步过渡引导的准Newton方法，自动进行过渡态搜寻。
使用反应内坐标(IRC)计算化学反应路径。
对能量和几何优化进行二或三层ONIOM计算。
同时优化过渡态和反应路径。
使用态平均CASSCF进行圆锥截面优化计算。
沿着指定的反应路径对过渡结构定位能量最大点的IRCMax计算。
直接动力学轨迹计算，其中的经典运动方程集成了解析二级导数。
频率和二级导数
对RHF，UHF，DFT，RMP2，UMP2，和CASSCF方法，和用CIS方法计算的激发态等的力常数（对核坐标的二次导数），极化率，超极化率，和偶极矩解析导数的解析计算方法。
对MP3，MP4(SDQ)，CID，CISD，CCD，和QCISD方法的能量或梯度的数值微分，计算力常数，极化率和偶极矩导数。
使用任意同位素，温度，和压强做谐振分析和热化学分析。
决定振动跃迁的红外和拉曼光谱强度。
分子特性
使用SCF，DFT，MP2，CI，CCD，QCISD方法求解各种单电子性质，如Mulliken布居分析，多极矩，自然布居分析，静电势，以及使用 Merz-Kollman-Singh 方法，CHelp方法，或CHelpG方法由静电势计算的原子电荷。
用SCF，DFT和MP2方法，计算NMR屏蔽张量和分子的磁化系数。
振动圆二色性(VCD)强度。
分子内原子理论的成键分析和原子性质。
用传播算子方法计算电子亲和能和电离势。
CASSCF计算中可计算两自旋状态间的近似自旋轨道耦合。
溶剂模型
所有这些模型使用自洽反应场(SCRF)方法模拟在溶液中的分子系统。
Onsager模型（偶极和球反应场），包括在HF和DFT级别解析的一级和二级导数，在MP2，MP3，MP4(SDQ)，CI，CCD和QCISD级别的单点能计算。
Tomasi等人的解析HF，DFT，MP2，MP3，MP4(SDQ)，QCISD，CCD，CID和CISD能量与HF和DFT梯度的极化连续重叠球状反应场（PCM）模型。
在HF和DFT级别上，解析能量的IPCM（静态等密度曲面）模型。
在HF和DFT级别上的SCI-PCM（自洽等密度曲面）模型，用解析方法计算能量和梯度，数值方法计算振动频率。

2003年，Gaussian从98升级到03，参见Gaussian 03简介。G03W的界面和G98W相比，没有什么变化，G98W的用户不需要重新熟悉界面。
Gaussian 03新增加了以下内容：

新的量子化学方法
(1) ONIOM模块做了增强
对ONIOM(MO:MM)计算支持电子嵌入，可以在QM区域的计算中考虑MM区域的电特性。
通过算法的改善，ONIOM(MO:MM)对大分子（如蛋白质）的优化更快，结果更可靠。
ONIOM(MO:MM)能够计算解析频率，ONIOM(MO:MO)的频率计算更快。
提供对一般分子力场(MM)的支持，包括读入和修改参数。包含了独立的MM优化程序。
支持任何ONIOM模拟的外部程序。
(2) 修改和增强了溶剂模块
改善和增强了连续介质模型(PCM)：
默认是IEFPCM模型，解析频率计算可以用于SCRF方法。此外改善了空穴生成技术。
模拟溶液中的很多特性。
可以对Klamt的COSMO-RS程序产生输入，通过统计力学方法，用于计算溶解能，配分系数，蒸汽压，以及其它整体性质。
(3) 周期性边界条件(PBC)
增加了PBC模块，用于研究周期体系，例如聚合物，表面，和晶体。PBC模块可以对一维、二维或三维重复性分子或波函求解具有边界条件的Schrodinger方程。周期体系可以用HF和DFT研究能量和梯度；
(4) 分子动力学方法
动力学计算可以定性地了解反应机制和定量地了解反应产物分布。计算包含两个主要近似：
Born-Oppenheimer分子动力学(BOMD), 对势能曲面的局域二次近似计算经典轨迹。计算用Hessian算法预测和校正走步，较以前的计算在步长上能够改善10倍以上。还可以使用解析二级导数，BOMD能够用于所有具有解析梯度的理论方法。
提供原子中心密度矩阵传播(ADMP)分子动力学方法，用于Hartree-Fock和DFT。吸取了Car和Parrinello的经验，ADMP传递电子自由度，而不是求解每个核结构的SCF方程。与Car-Parrinello不同之处在于，ADMP传递密度矩阵而不是MO。如果使用了原子中心基组，执行效率会更高。这一方法解决了Car-Parrinello存在的一些限制，例如，不再需要用D代替H以获得能量守恒，纯DFT和混合DFT均可使用。ADMP也可以在溶剂存在的情况下执行，ADMP可以用于ONIOM(MO:MM)计算。
(5) 激发态
激发态计算方面做了增强：
由于改善了在完全组态相互作用计算中求解CI矢量的算法，提高了CASSCF执行效率。对能量和梯度计算可以使用约14个轨道（频率计算仍是8个）。
限制活性空间(RAS)的SCF方法。RASSCF把分子轨道分成五个部分：最低的占据轨道（计算中作为非活性轨道考虑），计算中作为双占据的RAS1空间，包含对所研究问题非常重要分子轨道的RAS2空间，弱占据的RAS3空间，以及未占据轨道（计算中做冻结处理）。因此，CASSCF在RAS计算中分成三个部分，考虑的组态通过定义RAS1空间允许的最少电子数和RAS3空间允许的最多电子数，以及三个RAS空间电子总数来产生。
NBO轨道可用于定义CAS和RAS活性空间。对于对应成键/孤对电子的反键轨道可以提供相当好的初始猜测。
对称性匹配簇/组态相互作用(SAC-CI)方法，用于有机体系激发态的高精度计算，研究两个或更多电子激发的过程（例如电离谱的扰动），以及其它的问题。
CIS，TD-HF和TD-DFT的激发态计算中可以考虑溶剂影响。

新的分子特性
(1) 自旋-自旋耦合常数，用于辅助识别磁谱的构像。
(2) g张量以及其它的超精细光谱张量，包括核电四次常数，转动常数，四次离心畸变项，电子自旋转动项，核自旋转动项，偶极超精细项，以及Fermi接触项。所有的张量可以输出到Pickett的拟合与光谱分析程序。
(3) 谐性振-转耦合常数。分子的光谱特性依赖于分子振、转模式的耦合。可用于分析转动谱。
(4) 非谐性振动及振-转耦合。通过使用微扰理论，更高级的项可以包含到频率计算中，以产生更精确的结果。
(5) 预共振Raman光谱，可以产生基态结构，原子间连接，以及振动态的信息。
(6) 旋光性以及旋光色散，通过GIAO计算，用于识别手性体系的异构体。
(7) 电子圆二色性(ECD)。这一特性是光学活性分子在可见-紫外区域的差异吸收，用于归属绝对构型。预测的光谱还可用于解释已存在的ECD数据和归属峰位，
(8) 含频极化和超极化，用于研究材料的分子特性随入射光波长的变化。
(9) 用量度无关原子轨道(GIAO)方法计算磁化率，它类似于电极化率，用于研究分子的顺磁/反磁特性。
(10) 预测气相和在溶剂中的电、磁特性和光谱。
(11) ONIOM预测电、磁特性。

新增加的基本算法
(1) 更好的初始轨道猜测。Gaussian 03使用Harris泛函产生初始猜测。这个泛函是对DFT非迭代的近似，它产生的初始轨道比Gaussian 98要好，例如，对有机体系有所改善，对金属体系有明显改善。
(2) 新的SCF收敛算法，几乎可以解决以前所有的收敛问题。对于其它极少数的不收敛情况，Gaussian 03提供了Fermi展宽和阻尼方法。
(3) 纯DFT计算的密度拟合近似。这一近似在计算库仑相互作用时，把密度用一组原子中心函数展开，而不是计算全部的双电子积分。它用线性标度的算法，对中等体系的纯DFT计算可以极大地提高计算效率，而又不损失多少精度。Gaussian 03可以对AO基自动产生合适的拟合基，也可以选择内置的拟合基。
(4) 更快的自动FMM方法，用于适中的体系（纯DFT约100个原子，混合DFT约150个原子）。
(5) 对纯DFT使用更快的库仑能算法，节省库仑问题的CPU时间。
(6) O(N)更精确的交换能量项。在Hartree-Fock和DFT计算中，通过删除密度矩阵的零值项来屏蔽精确的交换贡献。这可以节省时间，而又不损失精度。

新增功能：
(1) 新的密度泛函：OPTX交换，PBE和B95相关，VSXC和HCTH纯泛函，B1及其变体B98，B97-1，B97-2，PBE1PBE混合泛函。
(2) 高精度能量方法：G3及其变体，W1方法。另外还包含W1BD，它用BD代替耦合簇，比CBS-QB3和G3更精确，当然计算也更加昂贵。
(3) 对重元素全电子基组计算的Douglas-Kroll-Hess标量相对论修正，用于当ECP基组不能满足精度的情况。
(4) 逼近基组极限的UGBS基组。

平台：各类Unix/Linux，Windows

相关资源：

请看starl节译的《Exploring Chemistry with Electronic Structure Methos》（第二版），量子化学计算和使用Gaussian入门的好帮手。

320个G94各类输入文件的例子

Gaussian 98与GAMESS计算执行情况的详细比较

Gaussian 98的幻灯片演示

回复人：weixuesong,▲ (ss) 时间：2006-07-20 19:32:51 编辑	1楼
资源不错，加0.3分

回复人：ballkicker,▲ (少俊气如虹) 时间：2006-08-25 15:32:53 编辑	2楼
good

回复人：jiang22nom,▲ (本人也是化学专业出来的.对化工方面也有所了解?) 时间：2006-09-08 18:44:10 编辑	3楼
很好!!

回复人：flychem,★ () 时间：2006-09-21 15:29:02 编辑	4楼
资源不错，加0.3分

回复人：gsbgsb,▲ (我是一个想上进的学生，请各位化学同仁多多帮助我。) 时间：2005-12-03 18:45:47 编辑	5楼
资源不错，加0.1分

回复人：daiyao,▲ () 时间：2005-12-23 14:34:04 编辑	6楼
资源不错，加0.1分

回复人：gsbgsb,▲ (我是一个想上进的学生，请各位化学同仁多多帮助我。) 时间：2005-12-26 14:51:02 编辑	7楼
资源不错，加0.1分

回复人：hanpengcom,▲ (新手+菜鸟) 时间：2007-10-13 11:09:12 编辑	8楼
介绍的很好，感谢

回复人：ciweixianz,▲ (太好了) 时间：2007-11-05 22:10:35 编辑	9楼

回复人：ciweixianz,▲ (太好了) 时间：2007-11-05 22:10:44 编辑	10楼

回复人：wintryoak,▲ () 时间：2007-11-20 10:09:47 编辑	11楼
很好，长见识了

回复人：liwei1017,▲ () 时间：2007-11-26 09:49:27 编辑	12楼
资源不错，加0.3分

回复人：chuzhaonan,▲ (材料力学) 时间：2008-05-26 16:16:21 编辑	13楼
资源不错，加0.3分

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