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 ($1$ $Å$ = $10^{-10}$ $м$ = $0,1$ $нм$ = $100$ $пм$) – традиционно используемых единицах измерения (установлено по умолчанию). Если же выбрать UNITS=BOHR, то расстояния будут задаваться в боровских радиусах ($1$ $бор$ = $0,52917706$ $Å$) – 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.

Примечание

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.

Внимание

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 $E$).
Поворот на ${360^{∘}}/{n}$ вокруг оси (ось симметрии $n$-ого порядка $C_{n}$).
Отражение относительно плоскости (плоскость симметрии $\sigma$).
Инверсия относительно точки (центр симметрии $i$).
Поворот на ${360^{∘}}/{n}$ вокруг оси с последующим отражением от плоскости, перпендикулярной оси (зеркально-поворотная ось симметрии $n$-ого порядка $S_{n}$).

В GAMESS (US) используются символы Шёнфлиса, позволяющие кратко записать все виды симметрий (в GAMESS (US) недоступны группы симметрий $I$ и $I_{h}$).

Хотя GAMESS (US) позволяет использовать достаточно широкий набор точечных групп симметрии, как правило, используются только простейшие из них: $C_{1}$, $C_{s}$, $C_{2v}$ и некоторые другие. И только в редких случаях применяются группы симметрии более высоких порядков: $D_{2}$, $D_{3}$ и др.

Подсказка

Схемы записи групп симметрии в GAMESS (US), их расшифровку, а также их соответствия с классической записью символов Шёнфлиса продемонстрированы в таблице в приложении.

Важно

Несмотря на то, что в GAMESS (US) доступны почти все группы симметрии, некоторые виды расчётов поддерживают только группу симметрии $C_{1}$ или только некоторые из абелевых групп: $C_{1}$, $C_{s}$, $C_{i}$, $C_{2}$, $C_{2v}$, $C_{2h}$, $D_{2}$ и $D_{2h}$.

Примечание

В символах Шёнфлиса все комбинации операций симметрии описываются относительно главной оси симметрии. По умолчанию при построении в GAMESS (US) главной осью симметрии считается ось $Oz$. Если в группе симметрии есть плоскости, проходящие через ось $Oz$, то одна из них всегда проходит через ось $Ox$.

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 $Oz$. Вторая строка состоит из координаты одной точки и одного значения параметра DIRECT. Указанная точка определяет направление оси $Ox$: если DIRECT=PARALLEL, то она будет проложена в плоскости трёх указанных точек, а если DIRECT=NORMAL, то перпендикулярно ей.

Примечание

Для группы симметрии $C_{1}$ данные строки не вводятся вообще, для $C_{i}$ вводится только первая строка с координатами одной точки – центра инверсии, а для $C_{s}$ все три точки указывают положение единственной плоскости симметрии.

Внимание

Если не требуется изменять положения осей координат, то после указания группы симметрии нужно оставить пустую строку для любой точечной группы симметрии, кроме группы $C_{1}$, 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.