33. Процедура проведения квантовохимического моделирования

Все квантовохимические программы расчетов используют одинаковые подходы для поиска волновой функции молекулы, поскольку решение этой задачи требует проведения двух обязательных процедур. Первая состоит в нахождении наилучшей волновой функции для фиксированного набора геометрических параметров молекулы. Для этого с использованием вариационного метода Ритца осуществляется процедура самосогласования, т. е.нахождения коэффициентов разложения молекулярных орбиталей по выбранному базисному набору путем решения уравнений Хартри—Фока—Рутаана. Результатом этого этапа вычислений является электронная волновая функция и соответствующая ей электронная энергия Е_э, являющаяся одним из слагаемых в выражении для полной энергии молекулы: (-энергия отталкивания ядер).

Вторая обязательная процедура как раз и состоит в поиске оптимального взаимного расположения атомов, т. е. в оптимизации строения молекулы -нахождении оптимальных геометрических параметров: межатомных расстояний (длин химических связей), плоских (валентных) и двугранных углов между атомами.

Решение указанных главных задач составляет основу алгоритма любой квантовохимической программы, и наиболее важным циклом для оптимизационной процедуры является нахождение самосогласованного поля. Неудачный выбор начальных коэффициентов (плохая пробная волновая функция) приведет к увеличению времени расчета вследствие более долгой сходимости итерационной процедуры, а непродуманное задание исходного строения молекулы увеличит число циклов оптимизации.

Для расчета по методу МО пользователю квантовохимической программы необходимо подготовить набор управляющих команд (файл), содержащий следующую информацию:

•заряд, мультиплетность и симметрию молекулы:

•выбранный метод расчета и его ключевые параметры;

•условия проведения оптимизационной процедуры;

•начальное строение молекулы;

•пробную волновую функцию.

34. Проведите общий обзор программного обеспечения моделирования наносистем

MaterialsStudio

Программный комплекс для решения основных задач современного материаловедения позволяет выполнять квантовомеханические расчеты и компьютерное моделирование наноматериалов. Расчеты проводятся полуэмпирическими методами, «из первых принципов», молекулярной динамики.

AtoinistixToolkit/ VirtualNanoLab

В пакете Atomistix Toolkit для моделирования различных атомных, молекулярных структур и наносистем используются квантовохимические методы моделирования, включая методы теории функционала плотности, дающие возможность детального описания электронной структуры нанообъектов.

NanoEngineer-1 /NanoHive-1 / NanoHive@Home

Некоммерческий пакет программ NanoEngineer-1 позволяет проводить трехмерное многомасштабное моделирование сложных композитных структур, в том числе механических наноустройств и органических молекул.

SIAMS-CPMultiscaleModeling

СИАМС - «Системы анализа изображений и моделирований структур»,российская компания. Система многомасштабного моделирования процессовсамоорганизации и самосборкинаноструктур. Реализован методмногомасштабного моделирования наносистем с иерархической системойорганизации, содержащих упорядоченные или неупорядоченные ансамблиэлементов разных размеров и архитектур. На наноуровне проводится моделирование стружтуры и свойств нанообъектов с учетом межчастичноговзаимодействия, на микроуровне - моделирование стружтуры с учетомвзаимодействия крупных структур, в частности коллоидных частиц сраствором, внешними полями и т. п.; на макроуровне анализируютсяполучаемые структуры и материалы. Программа SIAMS-CPMultiscaleModelingпозволяет задавать различные внутренние и внешние условия процессовсамоорганизации и самосборки для получения структуры с определеннымиморфологическими характеристиками.