2024暑期高效能運算課程

課程簡介

近幾年來，理論計算已經成為化學相關領域推動研究工作不可或缺的一環，2013年諾貝爾化學奬頒給了對理論計算貢獻卓越的三位理論化學家，表彰他們「對複雜體系多尺度模擬方法上的理論研究」做出的貢獻，便是一個里程碑。現在的化學研究成果在投稿到優良期刊上時，常常都會被要求附以理論計算的結果來支持實驗的結論，清楚的說明理論計算在化學研究上面的重要性。在工業上，理論計算也越來越常被用來預測分子性質、設計更優秀的功能性分子，因此，理論計算工具的使用，已經漸漸成為一項化學相關人才不能或缺的技能。

在眾多的計算化學軟體之中， Gaussian 是一個非常受到歡迎而且功能極為強大的軟體，它最早是由約翰．波普爵士 (1998年諾貝爾化學獎得主) 與他在卡內基梅隆大學的研究團隊發展出的一套程式，之後很快的商業化，由私人公司經營維護 (https://www.gaussian.com)，目前已經是最多人使用的計算化學軟體。Gaussian的基礎是量子力學理論，計算主要處理分子系統的電子結構問題，它被廣泛應用在各式化學系統中，可用來模擬、預測許多分子系統的化學反應、結構變化等等物理與化學性質，例如：化合物的能量和結構、化學反應過渡態的能量和結構、分子的振動頻率、紅外線和拉曼光譜、UV/VIS 光譜、熱化學性質、鍵結能和化學反應活化能、化學反應路徑、分子軌域、原子電荷、偶極矩、電子親和能和游離能、分子材料的極化和超極化張量、分子的靜電位能和電子密度以及核磁共振遮蔽張量等等。Gaussian自1970年推出以來，不斷更新至今，最新版本為Gaussian 16，在臺灣大學，計資中心的叢集電腦上便提供了 Gaussian 軟體，使用者可以以高速運算系統執行 Gaussian 計算。

本課程將為大家介紹化學理論計算的基礎概念，並藉由實際操作讓學員們熟悉 Gaussian 的計算執行以及應用。我們將會專注於基於第一原理 (first principle, ab initio)，特別是密度泛函理論 (density functional theory) 的電子結構方法，用來計算分子的性質以及反應特性，課程之中我們也會簡單談到這些計算的原理以及計算方法的使用範圍與優缺點，不過整體課程內容會強調實際操作以及使用計算軟體實務上會遭遇的問題，希望透過這個課程讓就算不是理論化學背景的使用者，也可以利用 Gaussian 這個工具來解決在研究上面碰到的問題。