Gamess (General Atomic and Molecular Electronic Structure System) — програмний пакет, призначений для розрахунку енергії, геометрії й структури молекул, фізичних характеристик наноструктур й опису механізмів хемічних реакцій (наприклад, дисоціація, синтез).
За допомогою програми реалізується множина алгоритмів для різних обчислювальних методів квантової хімії, які мають різний ступінь точності й обчислювальної навантажуваності, починаючи від більш простих й швидких напівемпіричних методів AM1 та PM3 до більш точних, але вимагаючих більших обчислювальних ресурсів PCQDPT, MP4(SPTQ).
Можливості
Основні можливості пакета:
- врахування енергії електронної кореляції на основі теорії збурень, конфігураційної взаємодії, зв'язаних кластерів й функціоналу щільності;
- автоматична оптимізація геометрії, пошук перехідних станів із використанням аналітичних градієнтів;
- обчислення молекулярних властивостей, зокрема дипольного моменту, електростатичного потенціалу, електронної та спінової щільності.
Програмні модулі Gamess підтримують паралельний режим обчислень як на багатопроцесорних ЕОМ, так і у кластерах робочих станцій. Gamess реалізований практично на усіх відомих програмно-апаратних платформах. Існує декілька версій цього продукту. Американський варіант пакета Gamess (US) відноситься до числа вільно розповсюджуваних (некомерційних) програм, функціонування якого підтримується групою AmesLaboratory. Англійський варіант Gamess підтримується групою Daresbury Laboratory.
Інтерфейс
Управління програмою здійснюється через вхідний текстовий файл, у якому записується інформація про досліджувану сполуку й вказуються які фізичні характеристики даної сполуки повинні бути обчисленими, за допомогою яких методів це повинне бути зроблено та з якою точністю. Розширення файлу може бути довільним. Після створення вхідного файлу з обчислювальним завданням необхідно запустити програму за допомогою самостійно написаного стартового файлу *.bat. Цей файл можна створити у будь-якому текстовому редакторі.
Група команд del видаляє робочі файли, які залишилися від попередніх запусків програми. Далі необхідно задати обчислювальне завдання за допомогою команди COPY, наприклад, лістинг:
C:\Gamess\Zavdannja.txt
Зміст завдання може бути наступний:
$CONTRL RUNTYP=ENERGY SCFTYP=UHF MULT=3 $END $GUESS GUESS=HUCKEL $END $BASIS GBASIS=N31 NGAUSS=6 DIFFSP=.FALSE $END $DATA Energy Carbon 2 C1 Carbon 6.0 0.0 0.0 0.0 Carbon 6.0 2.0 0.0 0.0 $END
У завданні записані дані для обчислення енергії системи з двох атомів вуглецю, які знаходяться на відстані 2 ангстрем. Система має мультиплетність M=3, використовуваний базис - N31.
Запуск програми здійснюється командою
C:\Gamess\PCGAMESS.EXE > C:\Gamess\Virishenja.out
У команді вказано, що отримане рішення повинне бути записаним у вихідний файл Virishenja.out.
Вихідним файлом є текстовим, розширення може бути довільним (*.out наведено для прикладу). Для візуалізації результатів використовуються відповідні програми.
Вихідний файл складається з блоків із командами. У ньому кожний блок відповідає за певні функції обчислювального алгоритму, а також за сам вибір алгоритму рішення з вже реалізованих у програмі варіантів. Всередині блоку знаходяться змінні. Кожний блок має структуру
$ім'я_блоку ... <змінна> = <значення>... $END
Положення початку блоку — другий символ у рядку. В якості першого символу у рядку повинен бути лише <!>, цей символ перетворює усі стоячі після нього символи у коментар.
Сам вихідний файл має велику величину. Його структура є наступною:
- Підготовча частина.
- Процедура самоузгодженого рішення.
- Оптимізовані молекулярні орбіталі.
- Енергетичні характеристики системи.
- Фізичні характеристики системи.
У підготовчій частині міститься інформація про завдання, використовуваний базисний набір із вказанням показників експонент й коефіцієнтів стиснення, значення усіх змінних у всіх активних блоках.
Процедура самоузгодження рішення. Total Energy - повна енергія системи, показники E Change (прирощення по енергії на і-тому кроці) й Density Change (відносна зміна щільності) виконують функцію контролю збіжності рішення.
Приклад
Приклад здійснення процедури самоузгодження для знаходження повної енергії молекули води методом Хартрі-Фока-Рутаана.
Iteration | Ex | Total energy E | Change | Density change |
---|---|---|---|---|
1 | 0 | -75.368188477 | -75.368188477 | 0.539575981 |
2 | 1 | -75.571980468 | -0.203791991 | 0.137147099 |
3 | 2 | -75.582758173 | -0.010777705 | 0.051588713 |
Збіг розв'язку хвильового рівняння досягається за 8 ітерацією при критерію за матрицею . Після досягнення збігу проводиться одна додаткова ітерація
Iteration | Ex | Total energy E | Change | Density change |
---|---|---|---|---|
4 | 3 | -75.583872052 | -0.001113878 | 0.002713332 |
5 | 4 | -75.583913740 | -0.000041689 | 0.001781922 |
6 | 5 | -75.583923021 | -0.000009280 | 0.000183589 |
7 | 6 | -75.583923056 | -0.000000035 | 0.000031273 |
8 | 7 | -75.583923062 | -0.000000007 | 0.000004804 |
9 | 8 | -75.583923062 | 0.000000000 | 0.000001855 |
Розраховане значення повної енергії молекули води для даного прикладу рівне -75.583923 Хартрі
(1 Хартрі=(/a)=627,5096 ккал/моль=2625,500 кДж/моль). Шість значущих цифр після крапки відповідають точності розрахунку не гірше 0.01 кДж/моль. Як видно із прикладу, необхідна точність була досягнута уже на шостому циклі ітераційного процесу, тобто збіг за енергією зазвичай досягається раніше.
Див. також
Примітки
- Н.Н.Дегтяренко - Описание программных пакетов для квантовых расчетов наносистем.
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Gamess General Atomic and Molecular Electronic Structure System programnij paket priznachenij dlya rozrahunku energiyi geometriyi j strukturi molekul fizichnih harakteristik nanostruktur j opisu mehanizmiv hemichnih reakcij napriklad disociaciya sintez Za dopomogoyu programi realizuyetsya mnozhina algoritmiv dlya riznih obchislyuvalnih metodiv kvantovoyi himiyi yaki mayut riznij stupin tochnosti j obchislyuvalnoyi navantazhuvanosti pochinayuchi vid bilsh prostih j shvidkih napivempirichnih metodiv AM1 ta PM3 do bilsh tochnih ale vimagayuchih bilshih obchislyuvalnih resursiv PCQDPT MP4 SPTQ MozhlivostiOsnovni mozhlivosti paketa vrahuvannya energiyi elektronnoyi korelyaciyi na osnovi teoriyi zburen konfiguracijnoyi vzayemodiyi zv yazanih klasteriv j funkcionalu shilnosti avtomatichna optimizaciya geometriyi poshuk perehidnih staniv iz vikoristannyam analitichnih gradiyentiv obchislennya molekulyarnih vlastivostej zokrema dipolnogo momentu elektrostatichnogo potencialu elektronnoyi ta spinovoyi shilnosti Programni moduli Gamess pidtrimuyut paralelnij rezhim obchislen yak na bagatoprocesornih EOM tak i u klasterah robochih stancij Gamess realizovanij praktichno na usih vidomih programno aparatnih platformah Isnuye dekilka versij cogo produktu Amerikanskij variant paketa Gamess US vidnositsya do chisla vilno rozpovsyudzhuvanih nekomercijnih program funkcionuvannya yakogo pidtrimuyetsya grupoyu AmesLaboratory Anglijskij variant Gamess pidtrimuyetsya grupoyu Daresbury Laboratory InterfejsUpravlinnya programoyu zdijsnyuyetsya cherez vhidnij tekstovij fajl u yakomu zapisuyetsya informaciya pro doslidzhuvanu spoluku j vkazuyutsya yaki fizichni harakteristiki danoyi spoluki povinni buti obchislenimi za dopomogoyu yakih metodiv ce povinne buti zrobleno ta z yakoyu tochnistyu Rozshirennya fajlu mozhe buti dovilnim Pislya stvorennya vhidnogo fajlu z obchislyuvalnim zavdannyam neobhidno zapustiti programu za dopomogoyu samostijno napisanogo startovogo fajlu bat Cej fajl mozhna stvoriti u bud yakomu tekstovomu redaktori Grupa komand del vidalyaye robochi fajli yaki zalishilisya vid poperednih zapuskiv programi Dali neobhidno zadati obchislyuvalne zavdannya za dopomogoyu komandi COPY napriklad listing C Gamess Zavdannja txt Zmist zavdannya mozhe buti nastupnij CONTRL RUNTYP ENERGY SCFTYP UHF MULT 3 END GUESS GUESS HUCKEL END BASIS GBASIS N31 NGAUSS 6 DIFFSP FALSE END DATA Energy Carbon 2 C1 Carbon 6 0 0 0 0 0 0 0 Carbon 6 0 2 0 0 0 0 0 END U zavdanni zapisani dani dlya obchislennya energiyi sistemi z dvoh atomiv vuglecyu yaki znahodyatsya na vidstani 2 angstrem Sistema maye multipletnist M 3 vikoristovuvanij bazis N31 Zapusk programi zdijsnyuyetsya komandoyu C Gamess PCGAMESS EXE gt C Gamess Virishenja out U komandi vkazano sho otrimane rishennya povinne buti zapisanim u vihidnij fajl Virishenja out Vihidnim fajlom ye tekstovim rozshirennya mozhe buti dovilnim out navedeno dlya prikladu Dlya vizualizaciyi rezultativ vikoristovuyutsya vidpovidni programi Vihidnij fajl skladayetsya z blokiv iz komandami U nomu kozhnij blok vidpovidaye za pevni funkciyi obchislyuvalnogo algoritmu a takozh za sam vibir algoritmu rishennya z vzhe realizovanih u programi variantiv Vseredini bloku znahodyatsya zminni Kozhnij blok maye strukturu im ya bloku lt zminna gt lt znachennya gt END Polozhennya pochatku bloku drugij simvol u ryadku V yakosti pershogo simvolu u ryadku povinen buti lishe lt gt cej simvol peretvoryuye usi stoyachi pislya nogo simvoli u komentar Sam vihidnij fajl maye veliku velichinu Jogo struktura ye nastupnoyu Pidgotovcha chastina Procedura samouzgodzhenogo rishennya Optimizovani molekulyarni orbitali Energetichni harakteristiki sistemi Fizichni harakteristiki sistemi U pidgotovchij chastini mistitsya informaciya pro zavdannya vikoristovuvanij bazisnij nabir iz vkazannyam pokaznikiv eksponent j koeficiyentiv stisnennya znachennya usih zminnih u vsih aktivnih blokah Procedura samouzgodzhennya rishennya Total Energy povna energiya sistemi pokazniki E Change priroshennya po energiyi na i tomu kroci j Density Change vidnosna zmina shilnosti vikonuyut funkciyu kontrolyu zbizhnosti rishennya Priklad Priklad zdijsnennya proceduri samouzgodzhennya dlya znahodzhennya povnoyi energiyi molekuli vodi metodom Hartri Foka Rutaana Iteration Ex Total energy E Change Density change 1 0 75 368188477 75 368188477 0 539575981 2 1 75 571980468 0 203791991 0 137147099 3 2 75 582758173 0 010777705 0 051588713 Zbig rozv yazku hvilovogo rivnyannya dosyagayetsya za 8 iteraciyeyu pri kriteriyu za matriceyu 10 5 displaystyle 10 5 Pislya dosyagnennya zbigu provoditsya odna dodatkova iteraciya Iteration Ex Total energy E Change Density change 4 3 75 583872052 0 001113878 0 002713332 5 4 75 583913740 0 000041689 0 001781922 6 5 75 583923021 0 000009280 0 000183589 7 6 75 583923056 0 000000035 0 000031273 8 7 75 583923062 0 000000007 0 000004804 9 8 75 583923062 0 000000000 0 000001855 Rozrahovane znachennya povnoyi energiyi molekuli vodi dlya danogo prikladu rivne 75 583923 Hartri 1 Hartri e 2 displaystyle e 2 a 627 5096 kkal mol 2625 500 kDzh mol Shist znachushih cifr pislya krapki vidpovidayut tochnosti rozrahunku ne girshe 0 01 kDzh mol Yak vidno iz prikladu neobhidna tochnist bula dosyagnuta uzhe na shostomu cikli iteracijnogo procesu tobto zbig za energiyeyu zazvichaj dosyagayetsya ranishe Div takozhMO LKAOPrimitkiN N Degtyarenko Opisanie programmnyh paketov dlya kvantovyh raschetov nanosistem