ADF

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最新版本: 
2017
评分: 
5

简介  
ADF是专门作密度泛函计算的软件。包括ADF和BAND两部分,ADF部分的简介见下。BAND部分类似,但专门用于计算周期性体系(晶体,聚合物等)。ADF-GUI和BAND-GUI分别在图形界面下创建ADF和BAND的计算任务和图形显示结果。

功能   
单点计算,几何优化,过渡态,频率和热动力学特性,跟踪反应路径,理论预测化学催化过程,计算任意电子组态,激发能和(超)极化率,使用含时密度泛函(TDDFT)理论(于1999年2002年分别加入到ADF模块和BAND模块中),NMR化学位移,激发能,超极化率,范德瓦尔斯系数,用QM/MM(量子力学/分子力学)混合近似处理大体系环境。ADF使用的全部是Slater型基组,不同于大多数量化软件使用的高斯基组。
  应用范围
2002版的基组库包含了Z=1-118号所有元素,而且对常见元素有不同尺寸的基组,从最小的到高质量的,并且对在ZORA近似中的相对论计算和需要附加弥散基函数的响应计算提供了特殊的基组。
  模型哈密顿量
--选择一种密度泛函,局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)。LDA包括Xonly,Xalpha,VWN和Stoll修正的VWN;GGA包括Pw91,Blyp,Lb94,以及2002版加入的PBE,RPBE,revPBE等。2002版新加入GRAC和SAOP交换相关势,能够改善LB94和BP的结果。最近流行的Meta-GGA交换相关泛函进行post-SCF处理能够获得标准G2计算的精度,也加入到2002版中。
--自旋:限制或非限制
--相对论效应:标量近似和自旋轨道(双群对称性),使用ZORA(推荐)或泡利原理(以前使用)。
--环境:溶剂影响,均匀电场,点电荷(Madelung场),QM/MM方法
  分析
--在化学组成(空间相互作用、泡利排斥、轨道相互作用......)中键能的分解。
--数据的表示(分子轨道系数、穆里肯布居),按照分子中化学片段的组成以及传统的元素基函数表示。
--原子的电荷由Hirshfeld分析与Voronoi分析,以及经典穆里肯布居决定。
--功能强大的的图形用户界面ADFinput,只用鼠标就能设置ADF非常复杂的计算,还可以显示分子。需要单独购买。
ADF 2004.01的新功能:
1. 改善了格点生成程序,更利于几何优化的收敛。某些在ADF 2003中很难收敛的几何优化计算,现在在十次迭代之内即可收敛。
2. TDDFT计算手性光学特性:圆二色性和旋光色散。新的方法实现了并行化,可以很简单地处理大分子。
3. Meta-GGA和混合交换-相关泛函(如B3LYP)。
4. 几何优化加入新的Hessian更新和坐标限制方法。
5. 到NBO 5.0的接口(需单独购买,仅提供给NBO用户)。
6. 默认的非限制计算打印S2的期待值,用于检查自旋污染。
7. 程序加速:更快的解析二阶导数;并行化的NMR和CPL(用于计算NMR自旋-自旋耦合常数)程序;Fock矩阵计算加速;BAND的TDDFT程序。
8. ADF-GUI新增模块:ADFspectra从TAPE21的信息显示不同类型的光谱:DOS,红外,以及光学光谱;ADFmovie显示振动过程中的核移动,监视几何优化的进程。
9. Windows版更容易安装和使用,无需再用Cygwin模拟器和进行环境变量设置,计算速度也大大提高。

ADF 2005的新功能:
1. ADF-GUI支持OpenGL,增加了显示Raman和CD光谱的功能。
2. 离散反应场环境模型。
3. 基于QM/MM的离散溶剂反应场(DRF)模型。
4. Nalewajski-Mrozek键级分析。
5. TDDFT支持开壳层分子的激发能计算和核电子激发的计算,包括自旋反转激发。还可以用含时流密度泛函理论(TDCDFT)计算激发能。
6. 几何优化加入线性标度技术。
7. 几何优化和过渡态搜索使用非定域化坐标,适于大体系和松弛体系。
8. 用拉橡皮筋(NEB)方法搜索过渡态。
9. 频率计算使用对称位移方法,可以只计算IR-可见频率。
10.新的交换关联势:XC势和能量包括KT1,KT2,XLYP;XC能量泛函包括OPBE0和X3LYP。
11.ZORA TZ2P+基组增加了对57-70号元素的支持。
12.对于H-Kr元素,对非相对论的SZ,DZ,DZP,TZP,TZ2P基组增加了弥散函数,用于TDDFT的激发能计算。
13.LDA势的解析二阶导数。
14.产生PDB文件。
15.更新了物理常数。

ADF 2006的新功能:
1. 发布BAND-GUI,用于创建BAND的输入文件,以及显示能带结构及轨道。
2. 对ADF-GUI的改善:支持片断,易于创建无机化合物,显示自旋-轨道结果,这些选项的指南。
3. 解析二阶导数,用于GGA级别的快速频率计算。
4. SCF支持杂化泛函(如B3LYP)。
5. 自旋-轨道耦合TDDFT。
6. 冻结密度的嵌入。
7. 拉曼共振。
8. 半经验色散校正。

ADF 2007的新功能:
1. ADF改进:离域坐标的优化;解析频率的频率扫描;选定模式的快速拉曼强度;过渡态搜索(局部Hessian和改善的NEB);自旋-轨道梯度;振动圆二色性(VCD)谱;环境模拟(冻结密度嵌入FDE,QUILD);新的SCF收敛选项;MO6交换关联能量泛函。
2. BAND改进:周期结构的优化;TDDFT的扩充(金属,自旋-轨道影响,Vignale-Kohn泛函);线性标度及加速;新的TZP基组,对镧系元素基组进行了改进。
3. ADF-GUI改进:新的ADFjobs模块用于远程任务控制;输出显示选项;对可用性和设计的改进。
4. BAND-GUI改进:表面和晶体构建工具。
5. 支持更多平台:并行Windows版本,用于多CPU或多核的机器;HP-MPI用于各种集群的配置。

ADF 2008的新功能:
1. ADF:改进了结构优化和过渡态搜索;Grimme的色散校正GGA交换关联泛函。
2. BAND:过渡态搜索;数值频率;ESR A张量和g张量;meta-GGA泛函和PBEsol;(部分)DOS的显示。
3. COSMO-RS:QM方法预测化工热力学。
4. DFTB:密度泛函紧束缚程序。
5. 超快的Bader AIM原子特性。
6. 磁化率,共振极化率。
7. 简化脚本。

ADF 2009的新功能:
1. ADF:杂化泛函的梯度,数值频率,激发能,和NMR;meta-GGA和meta-杂化泛函的梯度和数值频率;精确交换优化有效势方法(OEP);杂化泛函使用自定义的HF交换比例;重元素的色散校正泛函;XC泛函的其它更新;使用激发态有限寿命的共振Raman;磁二色谱,A,B,C项;Verdet常数和Faraday B项;穆斯堡尔谱;激发能计算中,含微扰的自旋轨道耦合;TDDFT中的COSMO;核共振振动谱(NRVS);自洽反应场(SCRF);FDE能量计算;有限尺寸的核电荷分布;化学键的自然轨道(ETS-NOCV);能量DIIS和ARH;移动式分块Hessian(MBH);多层Quild的改善,包括对GUI的支持;自旋反转方法用于对称破缺;分块束缚。
2. ADF-GUI:部分DOS和NRVS;改善了溶剂化,蛋白质,对称化;支持多层计算;运行DFTB,MM,MOPAC,和OpenBabel;任务排队。
3. BAND:快速Bader AIM电荷;revTPSS和色散校正泛函;固体的电场梯度(EFG)。
4. BAND-GUI:对所有空间群支持创建固体/表面;输入.cif文件;任意格点的ELF,STM图像和其它的特性;改善了自旋非限制计算的支持;显示布里渊区。

ADF2010的新功能:
1. 光谱:激发态梯度;Franck-Condon振动效应;(共振)VROA;选择激发范围;凝聚态NMR
2. 溶剂化效应:周期结构的COSMO;3D-RISM
3. COSMO-RS数据库:1800个预先计算的标准溶剂用于快速计算热力学特性
4. 研究势能面:TSRC过渡态搜索;ADIIS SCF收敛方法;改善的离域化优化;Grimme的DFT-D3色散校正交换关联泛函
5. 效率:BAND中的各种加速;共享内存库可以运行以前受每核内存限制的任务

ADF2012.01的新功能:
1. 分子ADF程序:新的功能(非自恰Green函数;旋轨耦合下的基态零场分裂;旋轨耦合下的ESR g张量和A张量;顺磁NMR化学位移;态选择优化激发能;垂直激发自恰反应场VSCRF;SCRF和蛋白质环境;新的XC泛函revTPSS,HTBS,Grimme-D3-BJ,dDsC);新的分析(meta-GGA和meta-杂化GGA的能量分解分析;改进了杂化泛函的能量分析;AIM临界点和键路径;自旋非限制的NBO分析);精度提高(SCF收敛方法LISTi;改进了最小点和过渡态的优化)。
2. 周期BAND程序:格矢优化和旋轨耦合优化;声子色散曲线和热力学特性;QTAIM分析寻找临界点;能带结构内插方法得到平滑能带图;全解析的NMR屏蔽张量;静态均匀的电场;新的XC泛函Grimme-D3-BJ,GGA+U,HTBS,revTPSS,TB-mBJ;计算加速。
3. DFTB:功能齐全的DFTB模块;二阶和三阶自恰电荷(SCC,DFTB3);色散校正;周期与非周期体系;优化格矢参数;使用Velocity Verlet算法的分子动力学;Berendsen和缩放调温;计算声子;计算加速和减少内存需求;并行化;态密度和和能带结构。
4. ReaxFF:非反应迭代;统计氢键个数的阈值。
5. GUI:虽有输入模块都融入一个统一的GUI中;用DFTB,UFF,和MOPAC做预优化;重新设计用户接口;搜索面板、文档和分子数据库;显示声子谱,矢量场,张量,AIM;浏览KF;加速。
6. COSMO-RS:执行COSMO-SAC;三元混合物,成份线,闪点;MOPAC PM6 COSMO文件。
7. PyMD:python接口;正则系综和微正则系综的分子动力学模拟;多标度自适应MD模拟;偏移MD模拟。

ADF2013.01的新功能:
1. 分子ADF程序:范围分离的交换关联泛函用于改善电荷转移激发;电荷转移积分;TDDFT-原子电动力学耦合方法DIM/QM;Becke积分格点使势能面更平滑,更适合结构优化;用宽带极限近似做快速NEGF传输计算;通过距离效应使杂化泛函计算更快。
2. 周期BAND程序:有效质量(电子/空穴转移);大单位晶胞的计算加速;通过对导数不连续的估计,用GLLB-SC模型势准确计算带隙;显示费米面。
3. DFTB:Grimme色散校正D3-BJ;3OB参数,对轻元素更准确的DFTB3;部分DOS的显示选项
4. ReaxFF:改善了并行;改善了重新开始计算;新的ReaxFF力场;输出轨迹选项;力偏移蒙特卡罗方法用于加速动力学。
5. GUI:支持大多数的新功能;对多原子体系改善了速度;改善了平移和缩放;Mac OS X GUI的改善。
6. COSMO-RS:包含简化的COSMO-RS数据库;辛醇-水分配系数计算的模板;工具程序的改善。
7. 加入NBO 6.0。

ADF2014.01的新功能:
1. 分子ADF程序:DFT-MBD色散校正XC泛函;选择强度的激发能;NMR自旋-自旋耦合使用子体系DFT;在优化中限制距离差;电荷模型5;用径向样条函数和Zlm改进了密度拟合;NMR化学位移中的非换算ZORA自旋-轨道度规校正项;更小的TAPE21结果文件;对选择的计算瓶颈执行GPGPU (CUDA);拟合和格点依赖于局域原子;修改了Hartree-Fock交换积分的距离截断值;可扩展SCF具有更好的并行和更小的内存;并行运行COSMO;RamanRange把A1表示包含到拉曼活性表示的列表中。
2. 周期BAND程序:非共线自旋;LISTi和LISTb SCF收敛加速;更小的RUNKF文件;拟合和格点依赖于局域原子;DZP基组。
3. DFTB:TD-DFTB激发能;限制优化;QUASINANO2013.1参数;密度矩阵纯化和稀疏矩阵代数;电导。
4. 更快的MOPAC。
5. ReaxFF:改变了二面角项和共轭项;巨正则蒙特卡罗(GCMC);蒙特卡罗力场参数优化。
6. GUI
7. UFF:新的UFF4MOF

ADF2016的新功能:
1. 分子ADF程序:
  模型哈密顿(到交换关联泛函库LibXC的接口;带有误差函数的分区杂化泛函;SM12:溶剂化模型12;COSMO溶剂化模型;FDE使用外部正交性;CDFT:约束密度泛函理论)
  光谱(单三态以及旋轨耦合内核的分区泛函;CV(n)-DFT,约束变分DFT;四极振子强度;自然跃迁轨道NTO;TDDFT的近似:TD-DFT+TB,sTDA,sTDDFT;X射线发射谱XES;表面增强拉曼光学活性DIM/QM SEROA)
  输运性质(FDE使用电荷转移积分)
  分析(DAMQT接口adf2damqt;分数轨道密度FOD)
  结构与反应性质(用ASE进行分子动力学和NEB过渡态搜索)
  精度与执行(杂化泛函使用新的Hartree-Fock RI方案;新的SCF模块)
2. BAND程序:
  模型哈密顿(到交换关联泛函库LibXC的接口;用于周期体系的短程分区杂化泛函;杂化泛函用于非周期体系;COSMO溶剂化模型;调整占据数,包括用户自定义自旋极化和电子空穴);TDDFT(新的极化内核);分析(周期性能量分解分析PEDA;PEDA与用于化学价的自然轨道相结合PEDA-NOCV);结构与反应性质(解析格点梯度)
3. COSMO-RS:
  COSMO-RS脚本;蒸气压结果与COSMO-SAC 2013-ADF方法一致;COSMO-RS离子液体数据库ADFCRS-IL-2014
4. DFTB:
  新的DFTB参数集(QUASINANO2015;来自DFTB.org的3ob-3-1);TD-DFTB的解析激发态梯度;振动分辨UV/Vis光谱;用DIIS方法改善SCC收敛;H-X阻尼
5. ReaxFF:
  化学轨迹分析程序Chemtrayzer;用Chemtrayzer自动寻找反应路径,速率常数,以及反应网络;新的力场;ACKS2
6. GUI:
  对ADF/BAND/DFTB/ReaxFF模块通过ASE进行分子动力学和NEB过渡态计算;最小能量交叉点MECP
7. 脚本:
  ASE接口;用于自动分子模拟的Python库PLAMS;FlexMD;adfprep和adfreport
 
ADF2017的新功能:
1. 新的泛函:Perdew的SCAN meta-GGA,Truhlar的MN15
2. 模型哈密顿/环境模型:新的相对论选项X2C和MAPA;约束DFT推广到激发态;FDE使用局域化COSMO;简化的DRF
3. 光谱:包含f-d跃迁的配位场DFT;第二超极化率;双光子吸收;BAND中更快的TD(C)DFT,并推广到2D体系;单三态CV(n)-DFT
4. 分析:来自概念DFT和QTAIM的反应描述
5. 反应,势能面:ReaxFF中的分子枪;e-ReaxFF;改进的格子优化和更强大的声子计算
6. 输运:GUI中支持BAND的NEGF方法和后-DFTB
7. 速度:周期色散矫正DFTB计算更快;对于密集系统加速了ReaxFF
8. GUI:大分子和周期体系更快;更快的响应时间;仔细查看能带结构和投影DOS;用于MOF的框架创建程序;分析VCD谱;RDF
9. Quantum ESPRESSO GUI:平面波周期DFT计算程序QE 6.0被GUI支持,可用于设定输入文件,和显示输出
10.脚本:PLAMS,ASE,和iPython命令shell升级到python 3.5,支持更多的代码和功能;FlexMD的扩展
11.参数,数据库:最新的DFTB.org参数;COSMO-SAC-2016参数;自旋-自旋耦合基组;ReaxFF新的参数优化功能

 

评论

对于50~500个原子之间的分子体系来说,DFT方法是比较合适的理论工具,而ADF是目前性能最优秀、功能最丰富的DFT软件之一(刘文剑教授评语)。

ADF 2008软件免费下载、试用以及基础教程:http://forum.hongcam.net/thread-10-1-1.html

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