常用的量化计算软件

常用量子化学计算软件•业界最流行的量化计算软件：Gaussian03；•化学家通用的密度泛函程序：ADF•基于第一原理的分子动力学计算的软件包：VASP，CPMD•高精度量化计算软件：Molpro•其他：Turbomole;HyperChem;Gamess;NWChem;Q-Chem；Jaguar;等Gaussian03Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可以研究：1.分子能量和结构；2.过渡态的能量和结构化学键以及反应能量，反应路径;3.分子轨道，偶极矩和多极矩，原子电荷和电势，振动频率;4.红外和拉曼光谱，NMR，极化率和超极化率;热力学性质；5.计算可以模拟在气相和溶液中的体系,模拟基态和激发态；6.还可以对周期边界体系进行计算Gaussian是研究诸如取代效应,反应机理,势能面和激发态能量的有力工具。可实现多核并行计算；可在Windows，Linux下使用存在的困难及解决方案：1.硬件上，计算尤是频率计算对内存的需求很大，并行数越多内存要求越高；2.研究体系相对偏小，尤其是在计算频率、激发态、溶剂效应方面计算体系局限性较大，一方面有待软件本身算法的改进，另一方面实现GPU技术在Gaussian中的应用。ADF应用密度泛函理论(DFT)进行电子结构的计算。广泛应用于医药化学，材料学等研究及应用领域。特别应用于无机化学，重元素化学，光谱性质，均相和非均相催化以及生物化学领域。包括分子ADF，周期结构BAND和图形用户界面程序ADF-GUI.特别适合过渡金属化合物。DFT方法较传统的从头算方法(HF,MP2等)能够精确处理含有几百个原子在内的体系(QM/MM方法能够处理几千原子的大体系)。仅可在Linux下使用，不同于大多数软件使用高斯基组，它使用Slater型基组1．几何优化，过渡态，反应路径及谱学性质(IR,Raman,紫外/可见，极化率，CD，NMR)的表征及计算2．分子性能测试的分析与表征。3．分子ADF程序能应用于模拟分子在气相，溶液和蛋白质及其他物化环境内的性质。4．强大的的图形用户界面5．利用BAND进行聚合物，异类催化剂及大量结晶等周期性体系的研究功能：VASPVASP是使用赝势和平面波基组，进行从头量子力学分子动力学计算的软件,因此基组尺寸非常小，描述材料一般需要每原子不超过100个平面波，大多数情况下甚至每原子50个平面波就能得到可靠结果;VASP可用于直到4000个价电子的体系。主要功能1.采用周期性边界条件(或超原胞模型)处理原子、分子、团簇、纳米线(或管)、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体2.计算材料的结构参数(键长,键角,晶格常数，原子位置等)和构型3.计算材料的状态方程和力学性质(体弹性模量和弹性常数)4.计算材料的电子结构(能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF)5.计算材料的光学、磁学、晶格动力学性质(声子谱等)6.表面体系的模拟(重构、表面态和STM模拟)7.从头分子动力学模拟8.计算材料的激发态(GW准粒子修正)CPMD是基于平面波展开/赝势处理密度泛函理论的并行程序，用于第一性原理分子动力学模拟计算。CPMD1.孤立体系和周期边界体系的计算。2.对分子和晶体使用对称性。3.波函优化;几何优化与过渡态寻找。4.恒定能量，恒温，恒压的分子动力学。5.路径积分分子动力学;激发态的分子动力学;6.线性响应函数计算，NMR，Raman和IR。7.TDDFT计算激发态;多电子特性8.周期体系的偶极矩。9.QM/MM方法。功能：不同于其它的量子化学软件包，MOLPRO的重点是高精度计算，通过多参考CI，耦合簇和有关的方法，广泛处理电子相关问题。程序的核心是MCSCF，MR-CI，和耦合簇程序，以及一系列附加功能。功能：多组态自恰场；自动计算振动频率，强度和热动力学特性；EOM-CCSD计算激发态；MCSCF和MRCI波函的单电子跃迁特性，包括自旋-轨道耦合；MCSCF波函的一些双电子跃迁特性；多种单电子特性等等。国际上广泛使用的专业级电子结构量化计算软件MolproTurbomole能计算出电子组态的详细信息，适合用于研究多电子激发、反应路径跟踪等性质缺点：计算体系较小，仅限于研究几个原子的分子体系。在标准的量子化学计算(HF，DFT，MP2)中，Turbomole是最快最稳定的代码之一。不像其它把主要注意力放在新方法和新功能上的代码，Turbomole着重解决如何用尽量短的时间和尽量少的内存需求，快速稳定地处理工业应用型的分子。特别是独有的RI-DFT方法，可以较其它大多数量子力学程序节省10倍的CPU时间。由于它使用了辅助函数(单位元分解近似)使得TURBOMOL非常适合于计算大分子或重复计算中等分子。Turbomole支持串行和并行两种计算模式。并行效率较高。能快速计算得到大分子体系的能量、激发态、极化率等性质