ORCA

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最新版本: 
4.0
评分: 
5

简介  
从头计算、DFT和半经验的从头电子结构SCF-MO程序包,可以处理环境的影响和相对论效应,特别着重于开壳层分子的光谱计算。可以进行几何优化计算,以及预测大量的不同理论级别的光谱参数。除了可以使用Hartree-Fock理论以外,还可以使用密度泛函理论(DFT),半经验方法,以及基于组态相互作用和耦合簇(即将加入)的高级别从头计算量子化学方法。
ORCA的优点:用户友好性,易用性,效率,并行化,其它图形程序的接口,平台无关的可移植性,用于开壳层分子光谱参数计算的独特方法。
对于学术界用户,可以下载免费的二进制可执行程序(源代码不公开)。商业用户需要付费。

功能  
理论方法:
半经验的AM1,PM3,ZINDO(包括ZINDO/S,ZINDO/1,ZINDO/2),NDDO(包括NDDO/1,NDDO/2),MNDO。可以通过输入设定经验参数。
Hartree-Fock(RHF,UHF,ROHF,CASSCF)。
DFT(RDFT,UDFT,RODFT),包括大量的交换、关联泛函(HFS,LSD/LDA,VWN3,VWN5,PWLDA,BP86,BLYP,OLYP,XLYP,PBE,RPBE,REVPBE,PW91,GLYP,PWP,等),以及杂化泛函(B1LYP,B3LYP,B3LYP/G,PBE0,X3LYP,O3LYP,B1P,B3P,B3PW)。
RI-DFT。
高阶的从头计算方法(MP,CI,CEPA),着重于MR-CI型的多参考方法用于基态和激发态的计算。
耦合对程序(CISD,CEPA,QCISD,CCSD)。
自旋-轨道CI程序。
基于限制活性空间和完全活性空间的多参考方法:MR-CI(+Q),MR-ACPF,MR-ACPF/2,MR-ACPF/2a,MR-AQCC,MR-CEPA0,MR-MP2,MR-MP3(不推荐),MR-MP4,以及面向光谱的组态相互作用方法和耦合对方法(SORCI和SORCP)。SORCI和SORCP是ORCA独有的多参考方法,比MRCI计算量小,比MRPT更稳定,可用于400~700个基函数的较大分子(依赖于硬件)。
常规MP2,直接MP2,和RI-MP2。
几何优化和过渡态。对于所有的SCF方法,可以用冗余内坐标计算解析梯度进行几何优化。
振动频率计算。
用TDDFT、CIS、ZINDO进行单重、三重态激发能的计算,此外还支持开壳层体系(UHF/UDFT)。对于TDDFT,还可以用梯度渐进校正方法计算高激发态。
势能曲面扫描。如果TDDFT、CIS与此方法结合使用,可以得到激发态的势能面。
标量相对论用零阶正则近似(ZORA),无限阶正则近似(IORA),或1~5阶的Douglas-Kroll-Hess(DKH)方法处理。
用COSMO方法计算溶剂效应。
读入自定义的点电荷,可以接到其它的QM/MM程序。

基组:
内置大量Gaussian型基组。包括:Pople型基组,Dunning的相关一致基组,Turbomole的基组,用于特殊计算(极化率、EPR、NMR、过渡金属)的基组,库仑拟合辅助基组,关联计算辅助基组。
ORCA还可以使用STO基组(尚未包含在此发布版中)。

布居、特性分析等:
Mulliken,Löwdin和Mayer分析。
MO布居分解以及片段分析
通过Pipek-Mezey算法实现轨道局域化。
非限制自然轨道,以及非限制的相应轨道。
到NBO中的GENNBO程序的接口。
热动力学特性。
振动模式分析。
电子特性:极化率。
到图形界面程序Molekel和gOpenMole的接口,绘制分子曲面,轨道,和电子密度。
光谱参数计算:
用TDDFT和MR-CI计算吸收谱和CD谱。
用Hartree-Fock,DFT和MR-CI计算EPR-参数:零场分裂,g-张量,超精细耦合,四极张量。计算中可以使用ZORA级别的标量相对论校正。
Mössbauer参数:异构体位移和四极分裂。
用对称性破缺DFT(以及通道分析)或差分专用CI(DDCI)计算交换耦合常数。
NMR参数:从HF或DFT计算化学位移(但GIAO还不能用)
通过数值频率计算,在HF或DFT级别预测IR/喇曼光谱和同位素位移。
通过TDDFT或MR-CI计算模拟吸收带形状和共振喇曼激发剖面图。

ORCA 2.6的新功能:
1. 重新并行化。
2. 高级单参考的关联方法(目前仅用于闭壳层的基态,自旋非限制版即将加入):CCSD和CCSD(T),QCISD和QCISD(T),CPF和CEPA。
3. Head-Gordon的CIS(D)方法用于激发态计算。通过使用转换的RI,效率比基于AO的CIS大大提高。此代码成功用于1000个基函数的体系。
4. 重写了几何优化程序。新的程序更稳定,通常几轮循环即可收敛。还可以进行平缓势能面扫描。
5. 改善了正则MP2计算的执行,特别是对大体系。
6. 对各种DFT泛函以及新的双杂化泛函B2PLYP和mPW2PLYP进行Stefan Grimme的离散校正。
7. TD-DFT和CP-SCF模块可以使用RI积分。
8. 改善了CCSD和CEPA最耗时的步骤,并优化了三激发的代码。
9. Douglas-Kroll-Hess标量相对论可用于一般收缩基组。
10.计算DKH图景变化对SOMF算符的影响,但是没有发现显著影响。
11.cc-pVnZ-DKH和cc-pCVnZ基组。
12.零场分裂的新理论用于所有SCF方法,包括HF,混合DFT,以及 (meta)GGA DFT。

ORCA 2.6.35的新增功能:
1. 过渡态搜索。
2. 改善了闭壳层CCSD(T)和QCISD(T)程序。
3. 共振Raman、吸收谱、荧光谱带型程序。它不仅能用于预测光谱,还可以用含时理论分析实验的光谱
4. 在密度泛函理论框架下执行零场分裂理论。
5. 双杂化密度泛函理论支持激发态计算。
6. 计算铁化合物的核共振振动谱(NRVS)的程序。
7. 简化MRCI程序的默认值,使得计算更可靠、更友好。
8. 在TD-DFT/CIS或静态线性响应计算中,使用RI转换积分可以极大地提高速度。
9. DKH2标量相对论可用于一般收缩基组。
10.对NBO程序的支持更完整。
11.用于ZORA和DKH的标量相对论收缩标准基组,用于第三行过渡金属;第三行过渡金属的相关一致全电子基组;轻元素的芯极化函数和大的def2-QZVPP基组。
12.更新了自然常数。

ORCA 2.7的新功能:
1. RI-DFT:重写了数值积分,比以前快了30%。
2. 杂化DFT,双杂化DFT,Hartree-Fock:对于轨道基和拟合基支持到L=8;积分程序LIBINT把TZV的积分速度提高两倍,QZV提高四倍以上;对于大基组和大分子,RIJCOSX近似能把HF和杂化DFT的速度提高50倍以上,但仍保持总能量的化学精度,可用于能量、梯度和TDDFT在内的响应计算;RI-JK近似可用于RHF和UHF计算,能够显著加速Hartree-Fock和杂化DFT;适用于一般收缩基组的代码;改善了并行。
3. MP2和RI-MP2:高效的冻芯梯度,改善了并行。
4. 耦合对和耦合簇:完全优化了基于RHF/UHF的CCSD(T),QCISD(T),CEPA,和CPF方法;AO直接模式/AO常规模式/完全积分变换/RI近似可用于内存、CPU和硬盘的平衡考虑;并行化;可以使用MP3和SCS-MP3。
5. CASSCF:改善了RI变换,可用于大分子的高效计算;Fock算符近似使用RIJCOSX和RI-JK;改善并行;略微改善了收敛特性。
6. MR-CI和MR-MP2:对于不是太大的参考空间,提高了MR-MP2的效率;磁场、自旋轨道耦合、电子-电子自旋-自旋耦合;MRCI-DKH2自旋轨道计算中图景变换的影响;在准简并微扰理论中手动输入激发能;每个态的自然轨道。
7. 优化:改善坐标设置和探测线型角的问题;改善了束缚优化和松弛势能面的扫描;杂化Hessian用于大的过渡态优化;基于片段的优化;用SCF或CASSCF方法定位两个势能面之间的最小能量交点。
8. 一般功能:改善SCF收敛;扩充了基组库;单参考方法外推到基组极限;共振拉曼强度、激发曲线、吸收带型、荧光带型;用TDDFT计算X线吸收谱;核共振振动谱;简正模式轨迹计算;改善了大多数程序的并行;到Gromacs的QM/MM接口;半经验QM/MM计算;CHELPG电荷;热化学计算使用多个温度;扫描多个XYZ文件;几种新的双杂化泛函;在NBO分析中更完整地支持.47文件;有限温度下的电子模糊用于SCF难收敛体系;高级电子关联方法的数值梯度。
9. 首次执行ECP。

ORCA 2.8的新功能:
1. TDDFT解析梯度包含RIJCOSX,现在已高效并行化
2. MP2,SCS-MP2,和双杂化泛函的RIJCOSX-MP2梯度的速度大大改善,并且已经高效并行化
3. 轨道优化MP2
4. 轨道优化和变分CEPA
5. Brueckner轨道用于耦合簇计算
6. 改善了CASSCF收敛:新的收敛程序superci_pt
7. 二阶N电子价微扰理论(NEVPT2)。这是收缩的多参考微扰理论,类似于CASPT2(但没有入侵态或一阶相互作用空间的线性依赖问题)并更高效。程序已实现并行化,通过准简并微扰理论可以计算自旋轨道耦合和其它的磁性质

ORCA 2.9的新功能:
1. 所有模块全部并行化
2. ROCIS模块,对开壳层体系执行高效的自旋匹配单激发组态相互作用计算。它特别适用于计算过渡金属的L边X射线吸收谱
3. 分子动力学新模块,也可用于只有数值梯度的方法
4. MDCI模块:使用RHF和UHF参考的轨道优化耦合簇;使用RHF和UHF参考的Brueckner耦合簇(包括三激发);SEIO泛函用于轨道不变的固定耦合电子对计算;开壳层LPNO-CEPA,QCISD,和CCSD方法;正则和LPNO版本的参数化CCSD(pCCSD)
5. CASSCF:相对论CASSCF可以变分处理旋轨耦合,并使用对称性(可以把SOC态投影到无自旋态;Kramers限制RELCCAS);NEVPT2的数值改进(COSMO,轨迹和扫描,Direct-RI无模式存储);改进收敛;QDPT,CASSCF/NEVPT2计算自旋-自旋耦合用于磁性;CI步骤使用基于Full-CI的行列式
6. MRCI:完全并行化;QDPT用于磁性
7. 一般改进:VDW10——来自Grimme的最新色散校正;非局域DFT-NL,用于在DFT中执行色散;新泛函PW6 B95,PWP B95,RI-PWP B95;Rappoport/Furche优化的基组用于特性计算;用def2基组执行基组外推;orca_plot显示密度,密度差,和跃迁密度;非松弛MP2密度的自然轨道;SOS-MP2,SOS-RI-MP2,SOS-OO-RI-MP2的能量和梯度;DKH计算g张量的图景变换;重叠拟合RIJCOSX流程,可以获得更大的加速,并改善精度;Libint2用于更高效的积分求解(收缩基组);QM/MM的点电荷校正实现并行化;到MRCC程序的基本接口,用于任意级别的耦合簇计算

ORCA 3.0的新功能:
1. 改善积分求解的效率
2. 改善了并行化,特别是RI-DFT计算
3. 接近线性标度的局域关联方法DLPNO-CCSD(T)。它实现了第一个CCSD(T)级别的整个蛋白质计算
4. 用多种近似提高效率的显关联(F12)MP2和耦合簇方法,可以和DKH/ZORA,COSMO等一起使用
5. RI-DFT,杂化DFT,Hartree-Fock,和MP2的高效解析频率,支持QM/MM Hessians,ECPs,DKH/ZORA,van der Waals校正,COSX和RI近似
6. 到大标度DMRG程序BLOCK的接口
7. 稍微参数化的Hartree-Fock变体HF-3c方法可用于非常大的体系,并可达到惊人的精度
8. 非局域van der Waals校正
9. 利用Ulf Ekstrom的XCFun DFT库,实现了一系列现代泛函,包括M06-2X等
10.范围校正的杂化泛函
11.耦合簇密度;轨道优化耦合簇和Brueckner耦合簇
12.闭壳层体系的EOM-CCSD激发能
13.MP2的电、磁响应性质
14.包含旋轨耦合的全自洽CASSCF方法
15.ROCIS模块计算由自旋轨道和多重效应为主的复杂X射线吸收谱
16.TDDFT激发能的自然跃迁轨道分析
17.从MRCI和CASSCF/NEVPT2的QDPT计算结果的EPR参数提取(无穷阶)有效哈密顿
18.RIJCOSX-SCS-MP3方法
19.去除近线性依赖的轨道基组
20.改善了的重叠拟合COSX近似
21.几何平衡校正
22.相对论单点能计算使用有限核模型
23.有限温度SCF计算和梯度
24.改善了DKH磁性计算的图景变换理论
25.利用LPNO方法扩展了关联能外推方案
26.到NBO 6.0和AIM的接口

 ORCA 4.0的新功能:
1. 新方法:线性标度的开壳层DLPNO-CCSD(T)以及限制性开壳层公式;线性标度的DLPNO-MP2(RHF和UHF);线性标度的DLPNO-MP2-F12(RHF);线性标度的DLPNO-CCSD(T);线性标度的DLPNO-CCSD(T)多能级方案;线性标度的DLPNO-CCSD(T)局域能量分解方案;线性标度的DLPNO-CCSD闭壳层密度;线性标度的分子中的团簇CIM方法(MP2,CCSD(T),DLPNO-CCSD(T));线性标度的DLPNO-NEVPT2;NEVPT2-F12;升级了到BLOCK 1.0的接口;DMRG-NEVPT2;闭壳层EOM-CCSD能量;闭壳层STEOM-CCSD能量;激发态的部分PNO-EOM-CCSD方法;激发态的部分PNO-STEOM-CCSD方法;DLPNO-CCSD-F12和LPNO-CCSD-F12;Mukherjee Mk-LPNO-MRCCSD(T);对Full-CI进行强大的迭代组态相互作用展开(ICE-CI)近似;ICE-CI用于大活性空间CASSCF计算;MREOM-CCSD(包括旋轨耦合);完全内收缩MRCI;杂化泛函的完全TD-DFT能量与梯度;TD-DFT的超快近似:Grimme的sTDA/sTDDFT;Grimme的PBEh-3c方法。
2. SCF,DFT,与Hessian:四中心积分的大幅改进;RI-J传统存储积分的大幅改进;范围分离泛函的梯度;含有meta-GGA的范围双杂化泛函的梯度;含有范围分离泛函的范围双杂化泛函的梯度;RI-JK的梯度;范围分离泛函的频率;稳定性分析和自动搜索对称破缺态;局域自旋分析;分数占据分析用于确定多参考特性。
3. MDCI模块:以上所有DLPNO方法的改进;闭壳层EOM-CCSD能量;闭壳层STEOM-CCSD能量;自动的闭壳层STEOM-CCSD活性空间选择;EOM-CCSD(2)和STEOM-CCSD(2)近似;EOM-CCSD跃迁矩;EOM/STEOM-CCSD芯级激发态;IP-EOM-CCSD和EA-EOM-CCSD;ADC(2)和CC(2)(初步执行);COSX用于EOM-CCSD和STEOM-CCSD;改进了自动冻芯操作;使用自动基组外推的芯关联。
4. AUTOCI模块:RHF/UHF CISD;RHF/UHF CCSD;ROHF CISD;ROHF CCSD;FIC-MRCI、CEPA/0变体和DDCI3。
5. CASSCF,NEVPT2,和MRCI:详细的CASSCF/NEVPT2使用辅导;加速CI(ACCCI),多根计算的更高效CI步骤;自动执行从头配位场理论;简化了双壳层轨道的产生;活性空间保护方案以及改进的警告信息;ICE-CI用于大活性空间的CI求解程序;部分收缩NEVPT2,使用或不用RI;升级了到BLOCK 1.0的接口;DMRG-NEVPT2直到20个轨道的活性空间;磁化与磁化率;按照CSF和自旋行列式打印波函;MREOM-CCSD(包括SOC);CASSCF的局域自旋分析;自旋-自旋相互作用的片段分解;NEVPT2的累积近似;ACCCI用于FIC和DLPNO-NEVPT2的CI步骤;显关联RI-FIC-NEVPT2(NEVPT2-F12)。
6. TD-DFT和ROCIS:杂化泛函的完全TD-DFT;杂化泛函完全TD-DFT的梯度;范围分离泛函的TD-DFT/TDA梯度;ROCIS磁性(超精细,g-张量,ZFS张量,MCD);ROCIS-RIXS光谱;PNO-ROCIS明显改进效率;超快的近似TD-DFT:sTDA/sTDDFT;TD-DFT与ROCIS的自然跃迁轨道。
7. 其它:GIAO用于NMR化学位移及各种近似(RIJOCOSX,RIJK);基组名的操作,def2与SARC严格分开;基组与ECP一起读入;加入新的关联一致基组;加入新的SARC基组用于镧系;加入新的ANO-RCC基组;在关联计算中改进了冻芯的操作;改进了自动辅助基组的产生;热化学低频模式的校正;新的NBO接口;CPCM和改进的SMD溶剂化模型;内禀原子轨道和键轨道;改进了Boys局域化;更新并改进了mapspc程序;原子平均场(AMFI)自旋轨道耦合算符;EPRNMR支持范围分离杂化泛函;新的分子动力学模块。