Gaussian是一个功能强大的 量子化学 综合软件包。其可执行程序可在不同型号的大型 计算机 ， 超级计算机 ， 工作站 和 personal computer 上运行，并相应有不同的版本。 高斯 功能： 过渡态 能量和结构、键和反应能量、 分子轨道 、 原子 电荷和 电势 、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁性质、 极化 率和超极化率、 热力学 性质、反应路径，计算可以对体系的 基态 或 激发态 执行。可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道。因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如 取代基 的影响，化学反应机理， 势能 曲面 和激发能等等。常常与gaussview连用。
关于Gaussian 03 的介绍
是Gaussian系列电子结构程序的较新版本。它在 化学 、化工、 生物化学 、 物理化学 等化学相关领域方面的功能都进行了增强。
⒈研究大分子的反应和光谱Gaussian 03对ONIOM做了重大修改，能够处理更大的分子（例如，酶），可以研究有机体系的反应机制，表面和表面反应的团簇模型， 有机化合物 光化学 过程，有机和 有机金属化合物 的取代影响和反应，以及均相 催化 作用等。
ONIOM的其它新功能还有：定制 分子力学 力场；高效的ONIOM频率计算；ONIOM对电、磁性质的计算。
⒉通过 自旋 -自旋 耦合常数 确定构像
当没有X-射线结构可以利用时，研究新化合物的构像是相当困难的。NMR光谱的磁屏蔽数据提供了分子中各 原子 之间的连接信息。自旋-自旋耦合常数可用来帮助识别分子的特定构像，因为它们依赖于 分子结构 的扭转角。
除了以前版本提供的NMR屏蔽和 化学位移 以外，Gaussian 03还能预测自旋-自旋耦合常数。通过对不同构像计算这些 常数 ，并对预测的和观测的光谱做比较，可以识别观测到的特定构像。另外，归属观测的峰值到特定的原子也比较容易。
⒊研究 周期性 体系
Gaussian 03扩展了 化学 体系的研究范围，它可以用 周期性边界条件 的方法（PBC）模拟周期性体系，例如聚合物和 晶体 。PBC技术把体系作为重复的单元进行模拟，以确定化合物的结构和整体性质。例如，Gaussian 03可以预测聚合物的平衡结构和过渡结构。通过计算异构能量，反应能量等，它还可以研究聚合物的反应，包括分解，降解，燃烧等。Gaussian 03还可以模拟化合物的 能隙 。
PBC的其它功能还有：⑴二维PBC方法可以模拟表面化学，例如在表面和晶体上的反应。用同样的 基组 ，Hartree-Fock或DFT理论方法还可以用表面模型或团簇模型研究相同的问题。Gaussian 03使得对研究的问题可以选择合适的近似方法，而不是使问题满足于模块的能力极限。⑵三维PBC：预测 晶体 以及其它三维周期体系的结构和整体性质。
⒋预测光谱
Gaussian 03可以计算各种光谱和光谱特性。包括：IR和Raman；预 共振 Raman；紫外-可见；NMR；振动圆形二色性（VCD）； 电子 圆形二色性（ECD）；旋光色散（ORD）；谐性振-转 耦合 ；非谐性振动及振-转耦合；g 张量 以及其它的超精细光谱张量。
⒌模拟在反应和分子特性中 溶剂 的影响
在气相和在溶液之间，分子特性和化学反应经常变化很大。例如，低位构像在气相和在（不同溶剂的）溶液中，具有完全不同的能量，构像的平衡结构也不同，化学反应具有不同的路径。Gaussian 03提供 极化 连续介质模型（PCM），用于模拟溶液体系。这个方法把溶剂描述为极化的连续介质，并把 溶质 放入溶剂间的 空穴 中。
Gaussian 03的PCM功能包含了许多重大的改进，扩展了研究问题的范围：可以计算溶剂中的激发能，以及 激发态 的有关特性；NMR以及其它的磁性能；用能量的解析二级 导数 计算振动频率，IR和Raman光谱，以及其它特性； 极化 率和超极划率；执行性能上的改善。
G03W的界面和G98W相比，没有什么变化，G98W的用户不需要重新熟悉界面。
Gaussian 03新增加了以下内容
新的 量子化学 方法
⑴ONIOM模块做了增强
对ONIOM(MO:MM）计算支持 电子 嵌入，可以在QM区域的计算中考虑MM区域的电特性。
通过算法的改善，ONIOM(MO:MM）对大分子（如 蛋白质 ）的优化更快，结果更可靠。
ONIOM(MO:MM）能够计算解析频率，ONIOM(MO:MO）的频率计算更快。
提供对一般分子力场（MM）的支持，包括读入和修改参数。包含了独立的MM优化程序。
支持任何ONIOM模拟的外部程序。
⑵修改和增强了 溶剂 模块
改善和增强了连续介质模型（PCM）：
默认是IEFPCM模型，解析频率计算可以用于SCRF方法。此外改善了 空穴 生成技术。
模拟溶液中的很多特性。
可以对Klamt的COSMO-RS程序产生输入，通过 统计力学 方法，用于计算溶解能，配分系数，蒸汽压，以及其它整体性质。
⑶ 周期性边界条件 （PBC)
增加了PBC模块，用于研究周期体系，例如聚合物，表面，和 晶体 。PBC模块可以对一维、二维或三维重复性分子或波函求解具有边界条件的Schrodinger 方程 。周期体系可以用HF和DFT研究能量和 梯度 ；
⑷分子 动力学 方法
动力学 计算可以定性地了解反应机制和定量地了解反应产物分布。计算包含两个主要近似：
Born- Oppenheimer 分子动力学（BOMD），对 势能 曲面 的局域二次近似计算经典轨迹。计算用 Hessian 算法预测和校正走步，较以前的计算在步长上能够改善10倍以上。还可以使用解析二级 导数 ，BOMD能够用于所有具有解析梯度的理论方法。
提供 原子 中心 密度矩阵 传播（ADMP）分子动力学方法，用于Hartree-Fock和DFT。吸取了Car和Parrinello的经验，ADMP传递 电子 自由度，而不是求解每个核结构的SCF 方程 。与Car-Parrinello不同之处在于，ADMP传递密度矩阵而不是MO。如果使用了原子中心 基组 ，执行效率会更高。这一方法解决了Car-Parrinello存在的一些限制，例如，不再需要用D代替H以获得能量守恒，纯DFT和混合DFT均可使用。ADMP也可以在 溶剂 存在的情况下执行，ADMP可以用于ONIOM(MO:MM）计算。
⑸ 激发态
激发态计算方面做了增强：
由于改善了在完全组态相互作用计算中求解CI 矢量 的算法，提高了CASSCF执行效率。对能量和 梯度 计算可以使用约14个轨道（频率计算仍是8个）。
限制活性空间（RAS）的SCF方法。RASSCF把 分子轨道 分成五个部分：最低的占据轨道（计算中作为非活性轨道考虑），计算中作为双占据的RAS1空间，包含对所研究问题非常重要分子轨道的RAS2空间，弱占据的RAS3空间，以及未占据轨道（计算中做冻结处理）。因此，CASSCF在RAS计算中分成三个部分，考虑的组态通过定义RAS1空间允许的最少电子数和RAS3空间允许的最多电子数，以及三个RAS空间电子总数来产生。
NBO轨道可用于定义CAS和RAS活性空间。对于对应成键/孤对 电子 的 反键轨道 可以提供相当好的初始猜测。
对称性匹配簇/组态相互作用（SAC-CI）方法，用于有机体系 激发态 的 高精度计算 ，研究两个或更多电子激发的过程（例如电离谱的扰动），以及其它的问题。
CIS，TD-HF和TD-DFT的激发态计算中可以考虑 溶剂 影响。
新的分子特性
⑴ 自旋 -自旋 耦合常数 ，用于辅助识别磁谱的构像。
⑵g 张量 以及其它的超精细光谱张量，包括核电四次 常数 ，转动常数，四次 离心 畸变项，电子自旋转动项，核自旋转动项，偶极超精细项，以及Fermi接触项。所有的张量可以输出到Pickett的拟合与 光谱分析 程序。
⑶谐性振-转耦合常数。分子的光谱特性依赖于分子振、转模式的 耦合 。可用于分析转动谱。
⑷非谐性振动及振-转耦合。通过使用微扰理论，更高级的项可以包含到频率计算中，以产生更精确的结果。
⑸预 共振 Raman光谱，可以产生 基态 结构， 原子 间连接，以及振动态的信息。
⑹旋光性以及旋光色散，通过GIAO计算，用于识别手性体系的异构体。
⑺ 电子 圆二色性 （ECD）。这一特性是光学活性分子在可见-紫外区域的差异吸收，用于归属绝对构型。预测的光谱还可用于解释已存在的ECD数据和归属峰位，
⑻含频 极化 和超极化，用于研究材料的分子特性随入射光波长的变化。
⑼用量度无关 原子轨道 （GIAO）方法计算 磁化率 ，它类似于 电极化率 ，用于研究分子的顺磁/反磁特性。
⑽预测气相和在 溶剂 中的电、磁特性和光谱。
⑾ONIOM预测电、磁特性。
新增加的基本算法
⑴更好的初始轨道猜测。Gaussian 03使用Harris 泛函 产生初始猜测。这个泛函是对DFT非迭代的近似，它产生的初始轨道比Gaussian 98要好，例如，对有机体系有所改善，对金属体系有明显改善。
⑵新的SCF收敛算法，几乎可以解决以前所有的收敛问题。对于其它极少数的不收敛情况，Gaussian 03提供了Fermi展宽和 阻尼 方法。
⑶纯DFT计算的密度拟合近似。这一近似在计算库仑相互作用时，把密度用一组 原子 中心函数展开，而不是计算全部的双 电子 积分。它用线性换算的算法，对中等体系的纯DFT计算可以极大地提高计算效率，而又不损失多少精度。Gaussian 03可以对AO基自动产生合适的拟合基，也可以选择内置的拟合基。
⑷更快的自动FMM方法，用于适中的体系（纯DFT约100个原子，混合DFT约150个原子）。
⑸对纯DFT使用更快的库仑能算法，节省库仑问题的CPU时间。
⑹O(N）更精确的交换能量项。在Hartree-Fock和DFT计算中，通过删除 密度矩阵 的零值项来屏蔽精确的交换贡献。这可以节省时间，而又不损失精度。
新增功能
⑴新的密度 泛函 ：OPTX交换，PBE和B95相关，VSXC和HCTH纯泛函，B1及其变体B98，B97-1，B97-2，PBE1PBE混合泛函。
⑵高精度能量方法：G3及其变体，W1方法。另外还包含W1BD，它用BD代替 耦合 簇，比CBS-QB3和G3更精确，当然计算也更加昂贵。
⑶对重元素全 电子 基组 计算的Douglas-Kroll-Hess 标量 相对论 修正，用于当ECP基组不能满足精度的情况。
⑷逼近基组极限的UGBS基组。
Gaussian 09增加的功能
能量和求导
⑴最近发展的半经验模型（AM1，PM3，PM3MM，PDDG，PM6），计算解析一阶导和二阶导，用户自定义参数，以及结合使用PCM 溶剂 模型。
⑵TDDFT解析 梯度 和数值频率。
⑶EOM-CCSD计算激发能。
⑷新的DFT 泛函 ，包括HSE，wB97，m05/m06，LC类泛函，以及双杂化B2PLYP。
⑸经验离散模型和相应的泛函。
⑹ROMP3，ROMP4，ROCCSD，ROCCSD(T）能量。
⑺W1RO，W1BD，G4方法计算能量。
⑻DFTB半经验模型，以及使用解析矩阵元的DFTBA版本。
ONIOM
⑴ONIOM与PCM组合。有多种ONIOM+PCM模型。
⑵ONIOM计算IRC，即使分子包含上千个 原子 效率也很高。
溶剂化
⑴新的PCM溶剂化算法，使能量成为核坐标的 连续函数 。现在，PCM的几何优化与气相优化的 收敛速度 一样。
⑵特定态的自洽溶剂化，用于模拟 荧光 和其它发射过程。它对上百种 溶剂 进行了参数化，可以给出非常好的总溶剂化自由能。
几何优化和IRC
⑴能量最小化默认使用GEDⅡS几何优化算法，这对大的柔软分子特别有帮助。
⑵对最小值和过渡结构使用二次收敛ONIOM(MO:MM）优化，既用于力学部分，也用于 电子 嵌入部分。
⑶一个输入部分，用于控制优化中的冻结或非冻结 原子 。可以用原子、元素、 残基 、或ONIOM层来指定原子。
分子特性
⑴解析的含频ROA强度。
⑵解析的DFT 超 极化 率。
⑶使用两个态的谐振模式，通过Franck-Condon原理计算电子激发、发射、光 电离 的谱带带型。
⑷用Herzberg-Teller或Franck-Condon-Herzberg-Teller理论计算电子激发的谱带带型。
⑸选择简正模式用于显示，非谐校正，和FC/HT/FCHT分析。可通过 原子 、元素、 残基 、或ONIOM层来选择。
分析和输出
⑴ 蛋白质 二级结构 的信息可以包含在分子指定输入部分，或者.fchk文件中。
⑵轨道布居分析，给出原子或 角动量 对轨道的贡献。
⑶正则UHF/UDFT进行二次 正交化 ，用于显示或用于ROHF计算的初始猜测。
⑷ CIS 和TD激发的自然跃迁轨道分析。
⑸把占据轨道投影到最小基之后，进行Mulliken布居分析。当 基组 增大时，这能给出稳定的布居。
其它新功能
⑴SCF的初始猜测可以从片段计算的组合产生，需要指定每个片段的电荷和 自旋 。
⑵用四点差分而不是默认的两点差分计算数值频率，具有更高的精度和 数值稳定性 。
效率改善
⑴HF和DFT对大分子的频率计算更快，特别是当并行时。
⑵FMM以及线性标度的库仑和交换对簇并行。
⑶大体系的ONIOM(MO:MM）频率计算更快，特别是对 电子 嵌入。可以计算100-200 QM 原子 和6000 MM原子的频率。
⑷在大型频率计算中保存简正模式，用于显示或打印模式，以及开始IRC=RCFC任务。
⑸CC，BD，和EOM-CCSD振幅可以保存在检查点文件中，在以后的计算中读入。保存BD轨道并在以后读入。
⑹半经验，HF，和DFT的频率计算可以在中期计算中重新开始。
⑺CC和EOM-CC计算可以在中期计算中重新开始。
⑻ONIOM各步的初始猜测可以来自不同的检查点文件。
⑼加入了SVP，TZVP，QZV 基组 的密度拟合基。Fit关键字调用与AO基组匹配的拟合基，没有特定的拟合基时需要Auto关键字。
⑽在Default.Route文件中包含DensityFit关键字，只要执行纯密度 泛函 就使用拟合。
⑾为了与文献发表的基组兼容，读入的密度拟合因子可以是非归一化的原函数，密度归一化的原函数，或归一化的原函数。