MOLCAS

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最新版本: 
8.3
评分: 
4

简介  
量子化学程序MOLCAS可以用各种量子化学模型研究分子体系,从SCF/DFT到耦合簇,从RASSCF到包含动态电子相关处理的MR-CI或MS-CASPT2。包含动态相关处理的多组态密度泛函理论(CAS-DFT)还在开发中。MOLCAS的重点在于多组态的量子化学计算,用于研究单组态不能给出电子结构合理描述的体系,例如激发态,化学反应的过渡态,重元素体系(过渡金属,镧系,锕系),等。MOLCAS的另一特点是多组态级别的相对论处理(标量相对论和自旋-轨道耦合),并提供专门为相对论计算设计的基组。
MOLCAS可用于计算分子结构,键能,化学反应的能垒,激发能(包括自旋-轨道耦合),振动分辨吸收光谱,以及各种分子特性,等。MOLCAS可以用自洽反应场计算溶剂模型。新增加的QM/MM方法可用来计算大分子和分子簇,可以用半经验方法CNDO研究周期体系的能带。通过使用NEMO方法,MOLCAS还可以产生分子间作用力,用于MC/MD模拟。
MOLCAS并不是一个“黑箱”工具。要求用户应当受过量化方面的训练,对当今流行的一些量化模型有些了解。

OpenMOLCAS是遵守LGPL协议的开源MOLCAS代码部分,未经原作者授权的MOLCAS代码部分未包含在内。

功能  
波函,能量,与特性
MOLCAS使用以下波函模型进行总能量,电子结构和分子特性的计算:
1. Hartree-Fock以及和DFT组合。使用直接或者半直接方案,可以处理一千个以上的基函数。
2. DFT有:LSDA,LDA,SVWN,LSDA5,LDA5,SVWN5,HFB,HFS,BLYP,B3LYP,B3LYP5,TLYP,XPBE。
3. Moller-Plesset二级微扰理论(闭壳层或限制性开壳层),可用于快速计算动态电子相关影响。
4. MCSCF(CASSCF或RASSCF)用于处理电子结构无法用单行列式描述的体系。态平均方法可以处理多个电子态。可以研究一百万个电子组态的波函。
5. 多参考二级微扰理论(CASPT2)可用于计算CASSCF电子态的动态电子相关能。可以用实能极移动或虚能极移动技术消除入侵态。6.2版还可以使用新的能级移动选项IPEAshift,它对开壳层体系不仅可以排除关联能的系统误差,还可以消除入侵态。CASPT2的多重态版允许参考态用有效哈密顿方法进行相关能修正。
6. CASSCF/RASSCF波函可与基于DFT的相关势方法组合,获得包含动态电子相关的多组态波函(CAS/RAS-DFT)。这一选项将在MOLCAS-6以后的版本中发布。
7. 对于小分子,可以用多参考CI(MR-CI,包括MR-CISD,RAS-CI和MR-ACPF)方法产生高精度波函和能量。
8. 对于能够用单行列式很好描述的分子和原子团,可以用耦合簇方法(闭壳层和限制性开壳层的CCSD(T))研究。
9. 变分价键程序CASVB。
10.能量和梯度可用于:Stoll-Dolg ECP基组的计算,全电子基组的标量相对论(二级Douglas-Kroll,Barysz-Snijders-Sadlej)计算,有限核近似。用Douglas-Kroll标量相对论修正,可以研究包括重金属原子(例如镧系和锕系)的体系。新的ANO-RCC基组可用于整个周期表元素的Douglas-Kroll标量相对论计算。
11.MCLR程序计算热力学特性,进行单个或两个同位素的取代计算。
12.使用CNDO/INDO半经验哈密顿量进行3D能带计算。
13.用Pipek-Mezey方案产生局域化轨道。
分子结构,振动频率,热动力学
1. 使用解析梯度技术的自动几何优化,可用于HF/DFT和RASSCF(RASDFT)波函。CASPT2结构可以用数值梯度程序获得。这些程序可用于获得基态和激发态的平衡结构,过渡态等。
2. 通过解析二阶导数,对RASSCF波函计算振动频率和热动力学量。
3. SLAPAF程序可用于寻找最小能量路径和内反应坐标,以及交叉点的最小能量交点。

激发态和电子光谱
MOLCAS特别为研究激发态势能曲面而设计:
1. 能量可以用所有的波函方法获得。几何优化也可以用于态平均RASSCF能量。
2. 在RASSCF级别,用RASSCF态相互作用方法计算跃迁特性。这是MOLCAS程序所独有的。这个代码还可使用有效单电子SO哈密顿量和所谓的原子平均场积分(AMFI),计算自旋-轨道耦合。增强版本的RASSI-SO通过计算振荡强度和爱因斯坦系数A获得RASSCF理论级别的荧光和磷光寿命。
3. 在RASSCF(RASDFT)级别的激发态势能曲面上自动搜索能垒,圆锥交叉点等。
4. 用MULA代码计算两个电子态谐振能级之间的跃迁偶极矩和振动跃迁的强度,获得振动分辨电子光谱。

环境影响
MOLCAS-6可处理溶剂中的分子和大分子体系:
1. 用Onsager球穴模型或极化连续介质模型(PCM)处理溶剂影响。
2. QM/MM方法可用于计算大分子体系,如蛋白质,分子簇等。ComQum代码可以把Molcas和Amber分子力学代码(需另外获得)组合进行QM/MM计算。
3. NEMO程序产生分子间作用力,用于MC/MD模拟。这些力场包括静电,感应,色散和交换-排斥项。它们基于个别分子的计算。

其它功能
1. 调用COLUMBUS的接口进行MR-CI(+Q),MR-ACPF, MR-CEPA, MR-AQCC(-v)等计算。
2. 独立于平台的图形用户界面,用于显示轨道和密度(尚在开发中)。
3. 部分模块实现了并行化:Seward,SCF,Alaska,McKinley,MCLR和CC基本实现了线性或超线性加速。
4. 结合了到ACES II的界面,可以和该代码的全部耦合簇特性一起使用。同时也可在ACES II中使用MOLCAS中的积分和梯度程序。
5. Cerius2系列的图形用户界面C2MOLCAS,可以简化输入,显示计算的MO,频率和优化结构。
6. 到Molden的接口,用于绘制分子轨道,显示几何优化和谐振分析的结果。
7. 格点显示程序MOLCASGV,基于OpenGL/Mesa,用于显示MOLCAS的分子的轨道、密度和密度差。
8. 用GRID_IT包计算分子轨道和密度格点文件,用于MOLCASGV,C2MOLCAS和GABEDIT显示。
9. 包含了MOPAC,HONDO等的功能。
10.到LUCIA和LUCIAREL的接口(需要向作者索取LUCITA程序),分别进行direct-CI和相对论双值群CI计算。

MOLCAS 6.2新增功能:
1. 新模块GUESSORB:产生更好的初始轨道,用于SCF和RASSCF计算。目前只支持ANO型基组。
2. 重写了MULA程序,包含在MOLCAS的一般安装中。
3. 平台无关的GUI程序GV,用于显示轨道和密度。
4. 新的程序包LOCALIZATION用于根据Pipek-Mezey方案产生局域轨道。
5. 新的程序包BAND_CNDO用于半经验3D周期体系能带计算。
6. 新配置文件用于64位计算机,包括Itanium2,Opteron,G5。
7. RASSCF_NEW和RASSCF模块分别更名为RASSCF和RASSCF_OLD。
8. 加入新版本的GA库。
9. 几个代码的速度改善,包括LOPROP和DFT。

MOLCAS 6.4新增功能:
1. 广义数值梯度代码(CASPT2,SCF/DFT,RASSCF,MP2),包括数值梯度和解析梯度。
2. 改善MOLCAS的输入语言。
3. 改善了主要代码的输出。
4. 几个代码的速度改善。
5. 改善了安装过程。
6. 升级了ANO-RCC基组库。
7. 显示程序GV支持结构操作。
8. 扩充了程序包LOCALIZATION。
9. 使用手册加入新的部分:基于问题的指南。
10.CASPT2加入一种新的能级移动。
11.RASSCf可以自动为线型分子保持高对称性。
12.自旋-轨道耦合计算可以打印高对称性的J态(原子)或Ω态(分子)。
13.用来产生输入文件的图形界面程序yattagawa,用Python语言编写。

MOLCAS 7.0的新功能:
1. 新的代码和主要升级:
   CHOLESKY—新的从头量子力学方法,不用直接计算双电子积分。可以在给定的精度下提高SCF/DFT,RASSCF,RASSI,和MP2能量计算的效率。
   CASPT2结合Cholesky和RI/DF近似,用来处理更大的体系。
   Cholesky分解的单中心近似(1-CCD)。
   RI/DF方案用于SCF,DFT,CASSCF,RASSI,CASPT2。
   升级guessorb代码。
   静电势拟合(ESPF)QM/MM接口,用于SCF,DFT,CASSCF,CASPT2,CC。ESPF解析梯度用于SCF,DFT,和CASSCF。
   1-CCD和RI/DF近似下纯DFT的梯度。
   使用Cholesky或RI/DF时的SOS MP2和SCS MP2。
   NEMO程序,用来拟合势能面,能量优化,势能曲线和模拟参数。
   到MOLSIM代码的接口。
   升级GUI程序gv,可以编辑坐标,并对RASSCF计算选择活性空间。
2. 执行的增强:
   使用外部BLAS库:GotoBLAS,Atlas,Intel MKL,ACML。
   包含新版本GA。
   改善了scf和rasscf的对角化程序和收敛。
   提高或消除了RASSCF和CASPT2的某些上限。
   对任意价基组或ECP基组自动产生初始轨道。
3. 已有代码的新功能:
   UHF的自然轨道。
   基于LoProp分割的自然键级(NBO)。
   任意级别的Douglas-Kroll-Hess (DKH)标量相对论。
   图景变换校正的电势,电场和电场梯度特性。
   在genano中自动产生里德堡轨道。
   UHF的自旋极化轨道用作RASSCF的初始轨道。
   RASSI可以计算g张量。
   CASPT2可以用Cholesky矢量运行。
   扩充了localisation程序包。
   几何优化的横向束缚。
   所有方法可进行数值梯度计算。
   数值Hessian计算数值IR强度。
   用Loprop计算化学键的电容。
4. 使用上的修改:
   改善了MOLCAS输入语言。
   提交任务无需shell脚本。
   尽量利用运行文件简化输入,减少不必要的输入。
   自动保存输出文件(molden文件,轨道文件)
   RASSCF的初始轨道可以有多个来源(Guessorb,运行文件,等)。
   改善了RASSCF输入:轨道数和自旋等可以由程序从运行文件或轨道文件得到。还可以使用CHARGE,无需指定活性电子数。
   对于多步任务,RASSCF可以自动为JOBIPH文件选取合适的名称。
   在与多个RASSCF一起使用时,RASSI可以使用JOBIPH文件名的默认选择。
   RASSCF对UHF使用UHFORB轨道。
5. 安装和工具
   改善了安装过程,可以选择编译器,BLAS库,和并行环境。
   配置文件支持新的编译器,包括gfortran,g95,SunStudio。
   配置文件支持OpenMP并行化。
   从RUNFILE和JOBIPH文件提取信息的工具。

MOLCAS 7.2的新功能:
1. 新加入代码:图形用户界面程序MING,用于生成输入文件和提交作业;旧的Seward模块一分为二,分别用于设定分子体系(Gateway)和计算积分(Seward);EXPBAS程序用于把小基组计算的轨道展开到大基组的轨道。
2. 执行的增强:新版本GA;默认积分阈值变为1.d-10。
3. 已有代码的新功能:LoProp计算交换-空穴偶极矩;改善了RASSCF对超对称性的操作;Localisation计算局域化自然轨道;SCF代码计算BSSE;除了高斯有限核电荷分布外,还加入了更准确的修正Gaussian电荷分布(Chem. Phys. Lett. 465,157, 2008);MBPT2的频率计算;ESPF模块可用于计算静电势导出电荷;CASPT2中的冻结自然轨道方法;即时产生RI辅助基组;在GRID_IT中灵活选择轨道;gv代码的新功能:显示molden文件,选择原子组,对称操作。
4. 使用上的变化:运行时不需要shell脚本;新的EMIL命令用于文件操作;控制打印级别。
5. 安装和工具:用于内存和I/O分析的新工具;包含新的配置文件。

MOLCAS 7.4的新功能:
1. 新加入代码和主要升级:一组新的耦合簇程序;M06密度泛函;slapaf加入结构限制;过渡态搜索和反应坐标分析加入了新的方法。
2. 已有代码的新功能:emil输入功能的改善;在SCF和GRID_IT中指定轨道输入文件的实际名称。
3. 使用上的变化:按照轨道贡献,对特性进行细分。

MOLCAS 7.8的新功能:
1. 改善了并行CASPT2的I/O处理
2. 精确二分量相对论的全电子方法X2C和BSS

MOLCAS 8.0的新功能:
1. EMBQ:用于一般目的的嵌入技术
2. FALCON:基于片段计算大分子电子能量的方法
3. GEO/HYPER模块:用于束缚多片段内坐标结构优化
4. SINGLE ANISO升级:CRYS提取镧系元素的多个特定晶场参数;UBAR构造单分子磁体的阻挡势垒;ABCC:在晶体abc体系中给定磁轴和各向异性轴
5. 相对论精确解耦合(X2C/BSS/无穷阶DKH)
6. 局域X2C/BSS/无穷阶DKH
7. MBPT2和CASSCF方法的RICD解析梯度
8. 在CD耦合簇模块CHCC和CHT3中,自动分块
9. 无轨道的密度嵌入
10.更强大和高效的SLAPAF模块
11.无Global Arrays。新的并行框架仅需要MPI-2库
12.更好地支持MacOSX(并行和串行)

 MOLCAS 8.2的新功能:
1. 一般改进:改进了CASPT2-XMS;改进了CASPT2的并行
2. 新代码:新的MC-PDFT程序,并且加入新的泛函
3. 用户可见的变化:修改了环境变量:CPU改为MOLCAS_NPROCS;MOLCASMEM改为MOLCAS_MEM
4. 可视化:GRID_IT产生.lus文件用于LUSCUS的显示
 
 
MOLCAS (OpenMOLCAS) 8.3的新功能:
1. 多组态电子对密度泛函理论(MC-PDFT)
2. 使用GASSCF轨道的CASPT2(GASPT2)
3. 使用MOLCAS-CheMPS2接口进行DMRG-CASPT2计算
4. 使用MOLCAS-Block接口进行DMRG-cu(4)-CASPT2计算

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