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量子化学計算ソフトウェアである「Gaussian」

 

Gaussiantとは電子構造プログラムであり、化学や生物化学、物理学をはじめとしてサイエンスの幅広い分野の研究者に向けて、 電子状態計算や計算化学モデルについて最先端の手法や技術を提供します。

 

 

「Gaussian」ソフトウェアの概要

利用可能なプラットフォームの種類は多岐にわたり、いずれのプラットフォームにおいても計算化学的な機能のすべてをお使いいただけます。

Gaussian 16 では、マルチプロセッサ (マルチコア) 環境における共有メモリ並列 (ノード内並列) や、クラスタおよびネットワークを介した並列 (ノード間並列) 、 さらにそれらを組み合わせた並列処理が可能です。 ノード間並列処理には並列演算環境ソフトウェア Linda の最新バージョンのライセンスが別途必要です。

「Gaussian」ソフトウェアの特徴

■モデル化学

手法と基底関数の組み合わせは、理論の水準を定め、Gaussian におけるモデル化学を決定します。

すべての Gaussianジョブは手法と基底関数を指定しなければなりません。

■ジョブタイプ

SP : 一点エネルギー

Opt : 構造最適化

Freq : 振動解析および熱化学解析

IRC : 反応経路探索

IRCMax : 特定の反応経路に沿ったエネルギー最大値の探索

Scan : ポテンシャルエネルギースキャン

Polar : 分極率および超分極率

ADMP および BOMD : ダイレクトダイナミクストラジェクトリ計算

EET : 励起エネルギー移動計算

Force : 原子核上の力の計算

Stable : 波動関数の信頼性テスト

Volume : 分子体積の計算

Density=Checkpoint Guess=Only : ポピュレーション解析のみを再計算

Guess=Only : 分子軌道係数の初期値 (guess) のみを出力 (フラグメントベースの分子軌道係数の初期値の生成)

■分子のプロパティ

以下に、要望の多い予測値とそれらを計算するための Gaussian 16 のキーワードを一部示します。

非調和の赤外 (IR) 吸収スペクトル、ラマン (Raman) スペクトル、振動円二色性 (VCD) スペクトル、ラマン光学活性 (ROA) スペクトル : Freq=Anharmonic

反強磁性のカップリング : Guess=Fragment、 Stable

原子の電荷 : Pop

溶媒和のΔGエネルギー : SCRF=SMD

双極子モーメント : Pop

電子親和力 : CBS-QB3、CCSD、EPT

電子密度 : cubegen

電子の円偏光二色性 : CIS、TD、EOM、SAC-CI

静電ポテンシャル : cubegen、Prop

電荷に由来する静電ポテンシャル : Pop=Chelp、Pop=ChelpG、Pop=MK

電子遷移バンド構造 : Freq=FranckCondon、Freq=HerzbergTeller

分極率、超分極率 : Freq、Polar、CPHF=RdFreq、Polar=DCSHG

高精度のエネルギー : CBS-QB3、G2、G3、G4、W1U、W1BD

超微細カップリング定数 (異方性) : Prop

超微細スペクトルテンソル (Gテンソルを含む) : Freq=(VCD, VibRot, Anharmonic)

イオン化ポテンシャル : CBS-QB3、CCSD、EPT

赤外 (IR) 吸収スペクトルおよびラマン (Raman) スペクトル : Freq

前期共鳴ラマンスペクトル : Freq CPHF=RdFreq

共鳴ラマンスペクトル : Freq=ReadFCHT

分子軌道 : Pop=Regular

多極子モーメント : Pop

NMR遮蔽定数およびケミカルシフト : NMR

NMRスピン―スピンカップリング定数 : NMR=Mixed

■プログラムの制限

Gaussian 16 に存在する様々なサイズの限界を示します。積分のプログラムには以下の制限があります。

原子の最大数は 250,000個です。

原始シェルは全部で最大750,000個までです。

Dまたはそれ以上の原始シェルは全部で最大250,000個までです。

縮約シェルの最大数は250,000個です。

縮約可能なシェルの数は最大で100個までです。

Opt=(EF,EnOnly) 最適化は、解析的な勾配が求められない手法の場合に役立ちますが、変数の数は50個までに制限されています。

GVB プログラムは 100対の軌道に制限されています (実際のところ、これは制約にはなりません)。

Gaussian の内部の NBO 3.0 は、250,000原子かつ 10,000基底関数に制限されています。

■新しいモデリング機能

[REV B] CISおよびTD計算において、励起状態の静的ラマン強度(Static Raman intensity)の計算が可能となりました。 TD Freq=Raman計算では、電場に関する数値微分によって分極率を計算します。 そのため、これらの手法に対するFreq=Raman計算コストは、ラマン強度オプションなしの振動計算の7倍となります。

TD-DFT の振動数や IR およびラマンスペクトルの予測、遷移状態構造最適化、励起状態におけるIRC計算実行において解析的な 2次微分計算が可能になりました。 EOMCC の構造最適化計算実行において解析的な勾配計算が可能になりました。 非調和振動解析が VCD や ROAスペクトルに対しても可能になりました。詳しくは Freq=Anharmonic をご覧ください。

振電スペクトルや振電強度の計算機能が追加されました。詳しくは Freq=FCHT や関連するオプションをご覧ください。

共鳴ラマンスペクトルの計算機能が追加されました。詳しくは Freq=ReadFCHT をご覧ください。

DFT汎関数として、新たに M08 ファミリーや MN15、MN15L が追加されました。

ダブルハイブリッド法による汎関数として、新たに DSDPBEP86 や PBE0DH、PBEQIDH が追加されました。

半経験的手法である PM7 が追加されました。

Adamo による励起状態の電荷移動診断が可能になりました。詳しくは、Pop=DCT をご覧ください。

Caricato による EOMCC 溶媒相互作用モデルが追加されました。SCRF=PTED もご覧ください。

一般化された内部座標 (Generalized internal coordinate) が追加されました。これは、任意のリダンダント内部座標を定義し、構造最適化の制限やその他の目的にも用いられる技術です。Geom=GIC もご覧ください。

おすすめワークステーション

 

CERVO Grasta Type-ES1SSW05

オペレーティング・システム :  Ubuntu 18.04 LTS 64bit 版
プロセッサー : [2 基] インテル® Xeon Silver 4114
メモリー : 128GB (16GB x 8) DDR4-2400 Registered-ECC
ストレージ : 960GB SSD SSD
光学ドライブ : DVD スーパーマルチ
ネットワーク :  [2 ポート] ギガビット (IPMI 2.0 兼用:1 ポート)
グラフィック : NVIDIA® Quadro® P400 2GB-DDR5
電源ユニット : 1,200W 80 Plus Platinum 認証