Q-Chem

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最新版本: 
5.0
评分: 
4

简介  
电子结构从头计算程序,可以对分子的基态和激发态进行第一定律计算。

功能  
基态自洽场方法
1. Hartree-Fock方法
 限制性,非限制性,和限制性开壳层形式
 用于结构优化的解析一阶导数
 用于谐振频率分析的解析二阶导数
2. 密度泛函理论
 局域泛函和梯度校正泛函。交换泛函:Slater,Becke'88,Perdew'91,Gill'96,Gilbert-Gill'99,Handy-Cohen OPTX。关联泛函:VWN5,Lee-Yang-Parr,Perdew-Zunger'81,Perdew'86,Wigner,Perdew'91。EDF1交换-关联泛函。用户定义的交换-关联泛函。
 HF-DFT杂化泛函:B3LYP,B3PW91,B3LYP5,用户定义的杂化泛函。
 基于数值格点的数值积分方案:SG-0标准网格,SG-1标准网格,Lebedev和Gauss-Legendre角向积分方案
 用于结构优化的解析一阶导数
 用于谐振频率分析的解析二阶导数
3. 线性标度方法
 傅立叶变换库仑方法
 连续快速多极方法
 线性标度HF交换方法
 基于格点的线性标度积分,用于交换-关联泛函求值
 线性标度NMR化学位移
4. AOINTS包用于双电子积分
 结合了高性能积分技术的最新进展;COLD PRISM;J-矩阵引擎。
5. SCF改进
 in-core和直接SCF的最优混合
 DIIS
 初始猜测方案:重叠球平均原子密度,广义Wolfsberg-Helmholtz,从小基组投影,芯哈密顿量的猜测
 SCF波函的稳定性分析
 最大重叠方法
 Fock矩阵的直接最小化
 极化原子轨道对分子优化的最小基
基于波函的电子关联处理
1. Møller-Plesset微扰理论
 限制性,非限制性,和限制性开壳层形式
 直接和半直接方法计算能量
 半直接方法的解析梯度,用于限制性和非限制性形式
 在MP3,MP4和MP4SDQ方法的解析梯度计算中处理冻芯轨道
2. 局域MP2方法
 根据物理图象截断完全MP2的能量表达式,从而减少计算量
 减少计算量相对于分子尺寸的标度,近似为两倍,却不明显丢失精度。
 应用外推PAO用于局域校正
 可以使用分子中的双原子和分子中的三原子技术
3. RI-MP2
 比MP2和局域MP2快十倍
4. 耦合簇方法
 CCSD:能量,以及作为能量有限差分的梯度
 EOM-XX-CCSD;XX = EE, EA, IP, SF,能够灵活处理自由基,键的断裂,以及对称破缺问题
 耦合簇能量的非迭代校正:三级校正CCSD(T),三级和四级校正CCSD(2)
 广泛应用分子点群对称性,以改善效率
 二次双激发耦合簇
 QCISD,QCISD(T)和QCISD(2)用于能量
 DIIS用于收敛加速
 冻芯近似,用于增加可处理体系的尺寸
5. 优化轨道的耦合簇方法
 优化轨道的双激发耦合簇(OD):可避免人为的对称破缺问题;优化平均场参考轨道使能量最小;Brueckner耦合簇;OD,OD(T),和OD(2)的能量及梯度
 优化价轨道的耦合簇方法(VOD):传统CASSCF方法的耦合簇近似;在价活性空间利用截断的OD波函;比CASSCF有更少的磁盘空间需求和更小的体系标度,可处理较大体系;VOD,VOD(T),VQCCD,和VOD(2)的能量及梯度

激发态方法
1. 支持的计算类型
 垂直激发吸收谱
 通过激发态能量的有限差分,进行激发态的结构优化
 UCIS和RCIS进行激发态的振动分析
 自旋反转DFT
2. CIS方法
 从Hartree-Fock基态波函计算激发态:获得定性的单电子激发态;结构和频率与基态Hartree-Fock结果有可比性
 高效的直接算法用于计算闭壳层和开壳层体系的能量、解析梯度和二阶导数
 XCIS用于二重和四重态计算
 双激发微扰校正CIS(D),可使CIS误差减少两倍或更多,接近于MP2
3. TDDFT
 从Kohn-Sham基态波函计算激发态能量
 对于低位价激发态,TDDFT比CIS有相当大的改善,但只有相近的计算量
 提供激发态中关联效应的内在图像
 自由基的低位价激发态,比CIS有相当大的改善
 自旋反转密度泛函理论(SFDFT):把TDDFT推广到低位价激发态之外;可用于键断裂的过程,以及自由基和双自由基体系。
4. 基于耦合簇的激发态方法
 EOM-CCSD
 自旋反转激发态方法:改善了双、三自由基体系的处理;结合单行列式波函处理键断裂问题;可用于OD和CCSD理论级别
 OOD方法:与CCSD激发态方法有几乎相同的数值性能;比TDDFT精度更高,但计算量更昂贵
 EOM-VOOD方法:类似于EOM-CCSD,但使用VOOD方案
 激发态特性计算:跃迁偶极矩和结构
5. 分解分析
 显示电子跃迁的工具,用于把电子跃迁分类为价跃迁、Rydberg跃迁,混合跃迁,或电荷转换

特性分析
1. 自动结构优化和过渡态优化
 使用Jon Baker博士的OPTIMIZE程序包,用约化内坐标保证迅速收敛,避免初始力常数矩阵
 具有一般约束的结构优化:可施加于键角,二面(扭转)角,或平面外的弯曲;直角坐标中冻结原子;约束不一定要加在初始结构上
 优化使用笛卡尔,Z-矩阵或离域内坐标
 本征矢跟踪算法,用于过渡态和最小化
 GDIIS算法用于最小化:使到平衡结构的收敛获得极大加速
 内反应坐标跟踪:沿着反应路径的连续平衡结构和过渡态
2. 振动光谱
 自动调用解析和数值二阶导数
 红外和拉曼强度
 输出标准的统计热力学信息
 同位素替换,用于与实验进行比较
 非谐性校正
3. NMR屏蔽张量
4. 自然键轨道分析
 使用NBO 5.0
5. Stewart原子
 从分子密度重新获得原子特性
 Q-Chem用单位分解方法计算这些值
6. 动量密度
7. Intracules
 独特的双电子函数,提供分子中库仑能和交换能关于位置和动量的最详尽信息
8. 分子中的原子
 利用免费的AIMPAC进行AIM分析
9. 溶解模型
 简单的Onsager反应场模型
 Langevin偶极模型
 SS(V)PE:一种新的电解质连续模型
10.基于Dirac-Fock理论的相对论能量校正
11.对角绝热校正
 计算Born-Oppenheimer对角修正,研究核与电子运动绝热距离的分解

基组
1. 高斯基组
2. 赝势基组
3. 用户定义的基组和赝势
4. 基组重叠误差(BSSE)校正

QM/MM
1. 到CHARMM的接口
2. ONIUM

其他
1. Q-Chem的功能已经完全整合到Spartan程序中,在图形用户界面下计算更容易

更新:

Q-Chem 3.1的新功能:
1. 支持Windows
2. 一些新的泛函选项(非经验的GGA泛函PBE;meta-GGA泛函组M05和M06用于更准确地预测各种类型的反应和体系)
3. 更快的关联能激发态方法RI-CIS(D)
4. EOM-CCSD的势能面交叉的最小化方法
5. Dyson轨道用于从CCSD基态和EOM-CCSD激发态的电离

Q-Chem 3.2的新功能:
1. 几种新的泛函:长程校正(LRC)泛函,Baer-Neuhauser-Livshits(BNL)泛函,ωB97泛函的各种变体,约束DFT(CDFT),Grimme的经验色散校正
2. 溶剂化模型:SM8用于水和有机溶剂(能量和解析梯度),更新了Onsager反应场模型
3. 分子间相互作用分析:绝对局域化分子轨道SCF用于分子间相互作用计算(SCF-MI),SCF-MI之后的Roothaan步骤校正,能量分解分析(EDA),互补占据-虚轨道对(COVP)分析用于电荷转移,基组重叠误差(BSSE)自动校正
4. 电子转移分析
5. 放松束缚算法(RCA)用于SCF收敛
6. 用于过渡金属的G3Large基组
7. 新的MP2选项:双基RIMP2能量和解析梯度,O2能量和梯度
8. 基于波函的新方法,用于有效计算激发态的特性:SOS-CIS(D)计算激发态能量,SOS-CIS(D0)计算激发态能量和梯度
9. 耦合簇方法:IP-CISD能量和梯度,EOM-IP-CCSD能量和梯度,并行耦合簇计算使用OpenMP
10.QM/MM方法:QM/MM求解完全Hessian,QM/MM求解动态分块Hessian(MBH),描述带有高斯离域电荷的MM原子
11.用于振动分析的部分Hessian方法
12.波函分析工具:改善了局域化轨道的算法,分布多极分析,解析的Wigner intracule函数

Q-Chem 4.0的新功能:
1. 色散校正和双杂化DFT泛函
2. HF,DFT,和耦合簇的更快速算法
3. 用TD-DFT计算激发态的结构和振动
4. 计算复杂势能面
5. 强关联的高效价空间模型
6. 激发态,溶剂,和电荷转移的更多选项
7. 用于大体系的有效片断势和QM/MM
8. 多核共享内存,和GPU执行

Q-Chem 4.1的新功能:
1. 改进了所有理论级别的并行执行,包括SCF/DFT,MP2,积分转换和耦合簇理论的OpenMP功能。
2. 增强了ECP功能,特别是梯度和频率计算。
3. TDDFT能量支持M06,M08,和M11系列泛函。
4. 增强冻结绳方法,特别是构造用于过渡态结构优化的近似Hessian。
5. XYGJ-OS戒心能量梯度。
6. TDDFT/C-PCM激发能,梯度,和Hessian。
7. CCSD和EOM-CCSD执行RI/Cholesky分解,可用于大体系。
8. 衰减MP2理论计算分子间相互作用,结果比MP2更准确。
9. 扩展RAS-nSF方法用于研究激发态。
10.势能面扫描。
11.用Hessian冻结绳方法进行自动的过渡结构搜索算法。
12.fEFP方法把EFP推广到高分子。
13.ALMO/EDA推广到非限制情况。
14.对称匹配微扰理论用于分子间相互作用能的分解分析。
15.XPol对多体极化效应进行线性标度单体SCF计算。
16.用DFT求解局域原子磁矩和关联键级的新方法。
17.T-Chem量子传输代码可以很好地描述影响分子桥的非平衡条件。

Q-Chem 4.2的新功能:
1. 增强了NMR间接自旋-自旋耦合的功能
2. 用于模拟沸石的QM/MM接口
3. SM12溶剂化模型
4. 加入NBO6
5. 改善了CCSD(T)的执行
6. CAPS和CS-EOM
7. 改善了EOM-CC高本征态的计算
8. 费米加宽SCF占据,可用于DFT处理金属体系
9. 密度嵌入技术,把高级别密度嵌入低级别计算中
10.一套统一的REM关键词,用于PCM,SMx,和Chipman的SS(V)PE
11.基于分子片的初始猜测
12.QM/MM Ewald单点能和梯度
13.多体方法:MBE,EE-MBE,EE-MBE(SCF电荷)用于结合能,VMFC用于BSSE校正
14.ADC(2)和ADC(2)-x的反自旋换算变体,包括优化的参数集
15.ADC激发态之间的跃迁特性
16.ROKS激发态
17.自旋反转TDDFT的MECP优化
18.RI-ADC代码,一直到ADC(2)-x
19.盆跳跃和数值PH
20.正则化OOMP2

Q-Chem 4.2.1的新功能:
1. 线性化CCD(LCCD)
2. ADC(3)
3. PCM计算使用单个球形空穴

Q-Chem 4.2.2的新功能:
1. 使用非限制波函的扩展复吸收势(CAP)计算(CAP-UHF和CAP-UCCSD)
2. 基于EOMIP-CCSD和EOMSF-CCSD的CAP计算

Q-Chem 4.3的新功能:
1. 在CIS,自旋反转CIS,TDDFT,自旋反转TDDFT级别计算电子态之间的解析导数耦合(即,非绝热耦合)
2. XSAPT计算第三代+D3色散势
3. 非平衡PCM计算溶剂中的垂直激发能和电离势
4. 用CC和EOM-CC波函计算电子态之间的旋轨耦合
5. PARI-K方法求解精确交换,对于TZ及更大基组的杂化DFT计算可以获得显著加速
6. 用EOM-CC波函计算双光子吸收的跃迁矩和交叉部分
7. 新的激发态分析,用于ADC和CC/EOM-CC
8. 新的Dyson轨道代码用于EOM-IP-CCSD和EOM-EA-CCSD
9. 热辅助占据密度泛函理论(TAO-DFT)
10.MP2[V]:双基方法实现MP2能量的近似
11.半局域交换关联泛函的LFAs渐进校正方案
12.包含色散校正的长程校正杂化泛函wM05-D,wM06-D3,wB97X-D3
13.无参数双杂化泛函PBE0-2和PBE0-DH
14.导数不连续的恢复方案,用于能隙校正

 Q-Chem 4.3.1的新功能:
1. 简化了密度泛函导数计算的执行
2. 使用实型或复型CC/EOM方法计算Dyson轨道的新方法
3. 复型CC/EOM方法的性质计算和密度图绘制
4. omegaB97X-D3,omegaM05-D,omegaM06-D3,AK13,LFAs,TAO-DFT的并行化
5. 直接TDDFT/RPA和TDDFT/TDA的梯度
6. TAO-DFT的几处改善
 
Q-Chem 4.3.2的新功能:
1. VV10 XC使用OpenMP实现更高效的并行执行
2. 在CCMAN2模块中执行QCISD(T)
3. 改善了GVB和PP计算的稳定性
 
Q-Chem 4.4的新功能:
1. OCC-RI-K算法用于求解能量和力计算中的精确交换
2. 组合优化的交换-关联泛函:wB97M-V,B97M-V,wB97X-V
3. 文献中的新交换-关联泛函:MGGA_MS0,MGGA_MS1,MGGA_MS2,MGGA_MS2h,MGGA_MVS,MGGA_MVSh,PKZB,revTPSS,revTPSSh,SCAN,SCAN0,PBEsol,revPBE,revPBE0,N12,N12-SX,GAM,MN12-L,MN12-SX,MN15-L,dlDF,VV10,LC-VV10,B97-K,B97-D3(0),B97-3,tau-HCTH,tau-HCTHh,SRC1-R1,SRC1-R2,SRC2-R1,SRC2-R2,B1LYP,B1PW91,MPW1K,LRC-BOP,BHH,BB1K,PW6B95,PWB6K,B2PLYP
4. 无需Hessian的最小点验证
5. 基于激子的激发态模型:从头Frenkel-Davydov模型和TDDFT(MI)
6. 多体方法和XSAPT的改进
7. 从头分子动力学的恒温
8. QM/MM计算中Ewald求和的解析能量梯度
9. 沸石QM/MM方法
10.EOM-MP2方法用于激发能,电离能,和电子亲和能
11.用CCSD和EOM-CCSD波函计算极化率
12.CC和EOM-CC方法的分布内存并行执行,以及基于磁盘算法的执行改进
13.SCF最大重叠方法的改进
14.ADC激发态计算中用非平衡PCM描述溶剂效应
15.自旋翻转ADC

 Q-Chem 5.0的新功能:
1. 超过200种泛函。
2. 新的并行功能。新的occ-RI-K方法能显著加速大基组杂化泛函能量和梯度计算的速度。OpenMP并行的DFT频率。改进了RI-MP2和耦合簇梯度的并行。
3. 全新的有效芯势库。尤其是对重元素提供了高角动量能量,解析梯度,和解析频率的功能。同时改进了精度和支持OpenMP并行。
4. 新的溶剂化和QM/MM功能。CMIRS溶剂化方法。模拟激发态和NMR溶剂化效应的新方法。
5. 新的能量分解分析(EDA)方法。基于DFT的第二代ALMO-EDA具有稳定的基组极限,并且可以做单键延长。包含绝热EDA和MP2 ALMO-EDA。
6. 新的非谐方法。非耦合模式模型可用于比谐振分析更准确的非谐热化学。包含新的非谐振动模块用于准确的光谱预测。
7. 新的点子关联方法。对于强关联分子加入了独特的方法,包括NOCI-MP2,自旋翻转扩展,开壳层CCVB,闭壳层CCVB-SD能量和梯度。传统CASSCF。
8. 一般改进。扩充了基组库。IQmol前端的新显示功能。