2. Практическая часть

2.1. Программное обеспечение, используемое в работе

2.1.1. Программный комплекс Gaussian

В работе для расчетов электронной структуры используется программное обеспечение Gaussian. Gaussian был впервые написан Дж. Поплом в 1970 году, после чего обновлялся последние 40 лет.

Программные комплексы Gaussian (gaussian.com) на данный момент являются наиболее популярным средством выполнения неэмпирических квантово-химических расчетов. Основными причинами этого являются широкий спектр реализованных квантово-химических методик, высокая эффективность и удобный интерфейс пользователя. Недавно появившаяся версия Gaussian-2003 (G03) отличается от Gaussian-98 (G98) в первую очередь расширением спектра поддерживаемых квантово-химических методов и их модификаций. Существуют версии комплексов Gaussian практически для всех аппаратных платформ и операционных систем.

Основные возможности пакетов программ G98 и G03:

1. Расчеты энергий и оптимизация структур исследуемых систем методами молекулярной механики, полуэмпирическими приближениями, ограниченным и неограниченным методом Хартри – Фока;

2. Широко реализованы методы учета корреляционной энергии – возможен расчет энергии и оптимизация с аналитическими градиентами для методов теории возмущений, связанных кластеров, конфигурационного взаимодействия, функционала плотности, многоконфигурационного метода самосогласованного поля;

3. Возможность моделирования сверхбольших молекулярных систем благодаря методике парционирования молекул ONIOM, развитой проф. Морокумой и др., в которой молекулярная система разбивается на 3 области, которые рассматриваются с разной степенью точности;

4. Аналитическое вычисление силовых констант для методов RHF, UHF, DFT, RMP2, UMP2 и CASSCF;

5. Возможность расчета обширного спектра свойств молекул, в т.ч. прецизионное определение термохимических параметров и химических сдвигов ЯМР.

6. Учет влияния растворителя на свойства исследуемых систем.

К недостаткам комплексов Gaussian можно отнести относительно медленную скорость работы, а также высокие предъявляемые требования к аппаратному обеспечению.

2.1.2. Базисные наборы в Gaussian

В качестве базисных наборов в случае УНТ с большим числом атомов в элементарной ячейке был использован базисный набор STO-3G (STO – от англ. Slater type orbital). Цифра 3 обозначает, сколько простых гауссовых функций было включено в одну базисную функцию. В этом базисе одинаковое число гауссовых функций описывает основные и валентные орбитали. Такие базисы дают весьма грубые результаты, однако расчеты с применением таких базисов осуществляются значительно быстрее, нежели расчеты с более полными базисами.

При образовании химической связи, как правило, т.н. валентный электрон играет особую роль. Поэтому в улучшенных базисных наборах валентные орбитали описываются несколькими базисными функциями (которые, в свою очередь, могут описываться несколькими гауссовыми функциями). Т.о., базисы, в которых все валентные орбитали описываются более чем одной базисной функцией, называются валентно-расщепленными базисами, или валентными double, triple, или quadruple-zeta базисами.

Название валентно-расщеплённых базисных наборов, созданных группой Джона Поупла, выглядит обычно как X-YZg. Здесь X обозначает количество простых гауссовых функций, входящих в состав базисной функции атомной орбитали. Y и Z показывают, что валентные орбитали состоят из двух базисных функций каждая: первая из которых представляет собой линейную комбинацию Y простых гауссовых функций, а вторая - Z простых гауссовых функций. Т.е. две цифры после дефиса подразумевают, что данный базис является валентно-расщепленным, double-zeta. Если после дефиса стоит три или четыре цифры, то базис, соответственно, будет triple-, quadruple-zeta. При расчетах УНТ, содержащих не очень много атомов в элементарной ячейке, был использован базис Поупла 6–31G.