Gaussian-Amesp 联用方案 gamesp.py

mizu-bai

Gaussian-Amesp 联用方案 gamesp.py

mizu-bai

2023.10.12

一、前言

其实从 Amesp 发布之后就答应了要写 Gaussian-Amesp，然后一直咕到现在，直到前两天看到了有人写了 ase 与 Amesp 联用的方案，才赶紧把解析 Amesp 输出文件 Hessian 矩阵的部分折腾完，至此 Gaussian-Amesp 联用基本达到可用水平。此软件以 BSD 2-Clause License 开源于 GitHub Gaussian-Amesp，欢迎 star，fork，提 issue 和 pr。

Atomic and molecular electronic structure program(Amesp)是由张英峰独立开发(2016.3-至今)的一款GTO框架的闭源免费的量子化学软件，软件由Fortran语言编写，软件网址为www.amesp.xyz。Amesp软件支持多种WFT方法和DFT方法及其一阶和二阶解析导数，可进行几何优化以及振动分析，支持激发态计算，并可以考虑溶剂化以及相对论效应。同时可以使用RI和COSX等近似方法加快能量和能量导数的计算，SCF采用多种方法提高收敛的稳定性和速度。

Amesp 的详细介绍可以看论坛上的这篇贴子，量子化学软件Amesp简介。

利用 Gaussian-Amesp，可以在 Amesp 支持的计算级别下，搭配 Gaussian 的几何算法，进行结构优化（opt），频率计算（freq），过渡态（ts）与内禀反应坐标（IRC）计算。

二、使用

首先需要参考 Amesp 手册准备输入文件中计算级别部分，xyz 部分会由 Gaussian-Amesp 自动填写。以下为一个在 B3LYP-D3BJ/6-31G* 级别计算的例子，将该文件保存为 template.aip，后续 gamesp.py 在运行时会自动读取。

1. % npara 10
   
2. % maxcore 2000
   
3. ! B3LYP D3BJ 6-31G*

复制代码

之后还要准备一个 Gaussian 输入文件，其中不用写计算级别，改为 external="python3 -u /path/to/gamesp.py"，/path/to/gamesp.py 应为此脚本具体位置，可以直接放在任务目录下。以下是一个 CH3CN <-> CH3NC 异构化的过渡态搜索输入文件。

1. %nproc=1
   
2. %chk=CH3CN-ts-opt-freq.chk
   
3. #p external="python3 -u /path/to/gamesp.py" freq
   
4. 
   
5. Title Card Required
   
6. 
   
7. 0 1
   
8. C                 -0.00356651    0.01722812    0.98553895
   
9. H                 -0.30188384    1.00653820    1.26333723
   
10. H                 -0.63354829   -0.69590324    1.47489174
    
11. H                  1.01275688   -0.14435303    1.27858814
    
12. N                 -0.00534910   -0.54793073   -0.71776351
    
13. C                 -0.00308033    0.59431074   -0.81761770
    
14. 
    
15. 
    
16. --link1--
    
17. %nproc=1
    
18. %chk=CH3CN-ts-opt-freq.chk
    
19. #p external="python3 -u /path/to/gamesp.py" opt=(ts,rcfc,noeigen,nomicro) geom=allcheck

复制代码

第一部分为计算频率获得力常数，第二部分读取上一步力常数后进行过渡态优化，opt 必须搭配 nomicro，最后一部分进行频率计算验证过渡态虚频。可以使用 Gaussian 打开输出文件观看优化过程与振动模式。

上面的这些等效于如下 Gaussian 输入文件：

1. %nproc=10
   
2. 
   
3. %mem=20GB
   
4. %chk=CH3CN-ts-opt-freq.chk
   
5. #p B3LYP em=GD3BJ 6-31G* opt=(calcfc,ts,noeigen) freq
   
6. 
   
7. Title Card Required
   
8. 
   
9. 0 1
   
10. C -0.00356651 0.01722812 0.98553895
    
11. H -0.30188384 1.00653820 1.26333723
    
12. H -0.63354829 -0.69590324 1.47489174
    
13. H 1.01275688 -0.14435303 1.27858814
    
14. N -0.00534910 -0.54793073 -0.71776351
    
15. C -0.00308033 0.59431074 -0.81761770

复制代码

如要后续要进行 IRC 计算，可使用下面这个脚本读取几何优化得到的力常数开始计算。

1. %nproc=1
   
2. %oldchk=CH3CN-ts-opt-freq.chk
   
3. #p external="python3 -u /path/to/gamesp.py" irc=(rcfc) geom=allcheck
   
4. 
   
5. 
   

复制代码

几何优化结果

过渡态频率



IRC TS



IRC 靠近 CH3CN



IRC 靠近 CH3NC



三、总结

开发了 Gaussian-Amesp 联用方案，目前 Amesp 1.1 dev 还不支持过渡态优化与 IRC 计算，可以作为一个补充，并且还能使用 GaussView 观看结果。