Основные принципы ================= Устройство группы $DATA ----------------------- В большинстве квантово-химических расчётов с использованием GAMESS (US) исходные координаты задаются в группе ``$DATA``. Данная группа тесно связана с группой ``$CONTRL``, которая определяет вид её заполнения, и группой ``$BASIS``, так как некоторые возможности, в частности, `выбор `_ `базисного набора `_, доступны в обоих группах. Группа ``$DATA`` содержит в себе информацию о взаимном расположении атомов в составе частицы, строку-комментарий, а также, опционально, базисный набор, соответствующий каждому атому. Наполнение группы ``$DATA`` может выглядеть, например, следующим образом:: $DATA ! Ключ начала группы H2O ! Строка-комментарий (может быть пустой) C1 ! Группа симметрии C1 H 1.0 -1.0000 0.0000 -1.0000 ! Координаты атома водорода O 8.0 0.0000 0.0000 0.0000 ! Координаты атома кислорода H 1.0 1.0000 0.0000 -1.0000 ! Координаты атома водорода $END ! Ключ окончания группы Содержимое группы ``$DATA`` сильно зависит от следующих параметров в группе ``$CONTRL``: Параметр ``UNITS`` задаёт единицы измерения длины, в которых задаются координаты. Доступно два значения: ``UNITS=ANGS`` и ``UNITS=BOHR``. При значении ``UNITS=ANGS`` все расстояния будут задаваться в ангстремах (:math:`1` :math:`Å` = :math:`10^{-10}` :math:`м` = :math:`0,1` :math:`нм` = :math:`100` :math:`пм`) – традиционно используемых единицах измерения (**установлено по умолчанию**). Если же выбрать ``UNITS=BOHR``, то расстояния будут задаваться в боровских радиусах (:math:`1` :math:`бор` = :math:`0,52917706` :math:`Å`) – внутренних единицах измерения, в которых и производятся расчёты. Параметр ``COORD`` в группе ``$CONTRL`` отвечает за то, в каком виде будут введены координаты атомов системы в группе ``$DATA``. Доступны шесть значений: ``COORD=UNIQUE``, ``COORD=PRINAXIS``, ``COORD=ZMT``, ``COORD=ZMTMPC``, ``COORD=HINT`` и ``COORD=FRAGONLY``. .. note:: *При выборе значения* ``COORD=FRAGONLY`` *атомы не задаются вовсе, поэтому группа* ``$DATA`` *не заполняется.* *Вместо атомов задаются эффективные потенциалы фрагментов (EFP) с помощью группы* ``$EFRAG``. *Ниже будут рассмотрены все способы задачи координат, кроме соответствующего* ``COORD=FRAGONLY``. Первой строкой в группе ``$DATA`` является строка-комментарий, которая может быть заполнена любым текстом либо же оcтавлена пустой. .. attention:: *Присутствие строки-комментария обязательно.* Точечные группы симметрии ------------------------- После строки-комментария в группе ``$DATA`` следует строка записи группы симметрии. Использование **точечных групп симметрии** (*групп симметрии*) позволяет описать симметричные системы с меньшими вычислительными затратами. Группы симметрии основаны на количестве способов поворота, отражений и инверсий системы, при которых она не изменяется в пространстве (или преобразовывается в тождественную). Каждая группа симметрии представляет собой набор **элементов симметрии**. Всего существует пять элементов симметрии: * Отсутствие симметрии (тождественное преобразование :math:`E`). * Поворот на :math:`{360^{∘}}/{n}` вокруг оси (ось симметрии :math:`n`-ого порядка :math:`C_{n}`). * Отражение относительно плоскости (плоскость симметрии :math:`\sigma`). * Инверсия относительно точки (центр симметрии :math:`i`). * Поворот на :math:`{360^{∘}}/{n}` вокруг оси с последующим отражением от плоскости, перпендикулярной оси (зеркально-поворотная ось симметрии :math:`n`-ого порядка :math:`S_{n}`). В GAMESS (US) используются символы Шёнфлиса, позволяющие кратко записать все виды симметрий (в GAMESS (US) недоступны группы симметрий :math:`I` и :math:`I_{h}`). Хотя GAMESS (US) позволяет использовать достаточно широкий набор точечных групп симметрии, как правило, используются только простейшие из них: :math:`C_{1}`, :math:`C_{s}`, :math:`C_{2v}` и некоторые другие. И только в редких случаях применяются группы симметрии более высоких порядков: :math:`D_{2}`, :math:`D_{3}` и др. .. hint:: *Схемы записи групп симметрии в GAMESS (US), их расшифровку, а также их соответствия с классической записью* *символов Шёнфлиса продемонстрированы в* `таблице в приложении `_. .. important:: *Несмотря на то, что в GAMESS (US) доступны почти все группы симметрии, некоторые виды расчётов поддерживают только* *группу симметрии* :math:`C_{1}` *или только некоторые из* **абелевых групп**: :math:`C_{1}`, :math:`C_{s}`, :math:`C_{i}`, :math:`C_{2}`, :math:`C_{2v}`, :math:`C_{2h}`, :math:`D_{2}` *и* :math:`D_{2h}`. .. note:: *В символах Шёнфлиса все комбинации операций симметрии описываются относительно главной оси симметрии.* *По умолчанию при построении в GAMESS (US) главной осью симметрии считается ось* :math:`Oz`. *Если в группе симметрии есть плоскости, проходящие через ось* :math:`Oz`, *то одна из них всегда проходит через ось* :math:`Ox`. Если необходимо изменить положение осей координат, то после строки с вводом группы симметрии нужно заполнить две строки: Первая строка состоит из декартовых координат двух точек, которые указывают направление оси :math:`Oz`. Вторая строка состоит из координаты одной точки и одного *значения* параметра ``DIRECT``. Указанная точка определяет направление оси :math:`Ox`: если ``DIRECT=PARALLEL``, то она будет проложена в плоскости трёх указанных точек, а если ``DIRECT=NORMAL``, то перпендикулярно ей. .. note:: *Для группы симметрии* :math:`C_{1}` *данные строки не вводятся вообще, для* :math:`C_{i}` *вводится только* *первая строка с координатами одной точки – центра инверсии, а для* :math:`C_{s}` *все три точки указывают* *положение единственной плоскости симметрии.* .. attention:: *Если не требуется изменять положения осей координат, то после указания группы симметрии нужно оставить пустую строку* *для любой точечной группы симметрии, кроме группы* :math:`C_{1}`, *где пустая строка не нужна.* После строки с записью точечной группы симметрии следует набор строк, задающих координаты атомов системы. Наполнение данных строк зависит от значения параметра ``COORD`` в группе ``$CONTRL``.