DebiChem Molecular Ab Initio Calculations packages

ACESIII er et program for elektronisk stukturberegning med fokus på korrelaterede metoder. Det er den parallelle efterfølger til ACESII, der indarbejder Super Instruction Assembly Language (SIAL) som paralleliseringsrammeværktøj. Inkluderede funktioner:

Energier, analytiske gradienter og analytiske hessematricer for de følgende metoder:

• Begrænset/ubegrænset spin eller begrænset open-shell Hartree-Fock (HF)
• Andenrangs Moeller-Plesset perbutationsteori (MP2)

Energier og analytiske gradienter for de følgende metoder:

• Coupled cluster singles and doubles (CCSD)

Derudover kan programmet beregne de følgende metoder:

• Coupled cluster singles and doubles with pertubative triples (CCSD(T))
• Quadratic configuration-interaction singles and doubles (QCISD)

Forhøjede tilstande kan beregnes med de følgende metoder:

• Qadratic configuration interaction singles and doubles
• Coupled cluster equation-of-motion (EOM-CC)

Programmet inkluderer også et internt optimeringsprogram for koordinatgeometri. Hvis analytiske gradienter ikke er tilgængelige, så bruges numeriske gradienter via finitte forskelle.

BAGEL (Brilliantly Advanced General Electronic-structure Library) er en beregningskemipakke rettet mod parallelle beregninger i stor skala. Pakken specialiserer sig i meget præcise metoder og inkluderer tæthedstilpasning og relativistiske effekter for de fleste af metoderne den implementerer.

Pakken kan beregne energier og overgange for de følgende metoder:

• Hartree-Fock (HF)
• Density-Functional Theory (DFT)
• Second-order Moeller-Plesset perturbation theory (MP2)
• Complete active space SCF (CASSCF)
• Complete active space second order perturbation theory (CASPT2)
• Extended multistate CASPT2 (XMS-CASPT2)

Derudover kan der beregnes energier for de følgende metoder:

• Configuration-interaction singles (CIS)
• Full configuration-interaction (FCI)
• Multi-state internally contracted multireference configuration- interaction (ic-MRCI)
• N-electron valence-state second order perturbation theory (NEVPT2)
• Active-space decomposition (ASD) for dimere og for flere sider via density matrix renormalization group (ASD-DMRG)

BAGEL kan optimere stationære geometrier og koniske kryds og beregne vibrationsfrekvenser.

BAGEL inkluderer ikke en diskgrænseflade, så beregninger skal passe ind i hukommelsen.

Chemps2 er et videnskabeligt bibliotek, som indeholder en spin-tilpasset implementering af »density matrix renormalization group« (DMRG) for ab initio-kvantumkemi. Denne metode giver mulighed for at opnå numerisk præcision i aktive rum udover funktionaliteten for »full configuration interaction« (FCI) og tillader udtrækning af 2-, 3- og 4-partikel reducerede tæthedsmatricer (2-, 3-, og 4-RDM) for det aktive rum.

For generelle aktive rum kan op til 40 elektroner i 40 baner håndteres med DRMG og for en-dimensional aktive rum op til 100 elektroner i 100 baner. 2-RDM'en for disse aktive rum kan også nemt udtrækkes, mens 3- og 4-RDM er begrænsede til omkring 28 baner.

Når den aktive rumstørrelse bliver uoverkommeligt dyr for FCI, kan DMRG bruges til at erstatte FCI-løseren i metoden »complete active space self consistent field« (CASSCF) og den tilsvarende »complete active space second order perturbation theory« (CASPT2). De tilsvarende metoder kaldes DMRG-SCF og DMRG-CASPT2, respektiv. For DMRG-SCF er det aktive rum 2-RDM krævet og for DMRG-CASPT2 det aktive rum 4-RDM.

Denne pakke installerer den kørbare fil, som fortolker hamiltonianere i fcidump-format, udfører DMRG-SCF- og DMRG-CASTP-beregninger som angivet af brugeren.

CP2K er et program til at udføre simuleringer af faststof-, fluid-, molekyl- samt biologiske systemer. Det er specielt rettet mod massivt parallelle og lineært skalerende elektronstrukturmetoder og simulationer med moderne ab-initio-molekylærdynamik (AIMD).

CP2K er optimeret til den blandede Gaussfunktions- og planbølgemetode (GPW) baseret på pseudopotentialer, men er også stand til at køre fuldelektron- eller rene planbølge-/Gaussfunktionsberegninger. Inkluderede funktioner:

Ab-initio elektronstrukturmetoder med QUICKSTEP-modulet:

• Energier og kræfter fra tæthedsfunktionalteori (DFT)
• Energier og kræfter fra Hartree-Fock (HF)
• Energier og kræfter fra andenordens perturbationsteori med Møller-Plesset (MP2)
• Energier med random phase approximation (RPA)
• Periodiske eller uperiodiske (gasfase) grænsebetingelser
• Basissæt omfatter flere standardtyper af Gaussorbitaler (GTO'er), pseudopotentialer med planbølger, »augmented« planbølger (APW) og en blandet Gaussmetode plus (»augmented«) planbølgemetode (GPW / GAPW)
• Normkonserverende, separable Goedecker-Teter-Hutter-pseudopotentialer (GTJH) og pseudopotentialer med ikke-lineære kernekorrektioner (NLCC), eller fuldelektronberegninger
• Lokaltæthedsapproksimationen (LDA) for XC inklusive SVWN3, SVWN5, PW92 og PADE
• Gradientkorrigerede (GGA) XC-funktionaler inklusive BLYP, BP86, PW91, PBE og HCTH120 såvel som meta-GGA-funktionalet TPSS
• Hybrid-XC-funktionaler med eksakt Hartree-Fockudveksling (HFX) inklusive B3LYP, PBE0 og MCY3
• Dobbelthybridfunktionaler inklusive B2PLYP og B2GPPLYP
• Yderligere XC-funktionaler med LibXC
• Dispersionskorrektioner via parpotentialmodellerne DFT-D2 og DFT-D3
• Ikke-lokale van der Waals-korrektioner for XC-funktionaler inklusive B88-vdW, PBE-vdW og B97X-D
• DFT+U-korrektion (Hubbard)
• Tæthedsfit for DFT via Blöchl eller tæthedsafledte atomare punktladninger (DDAPC) og HFX via »auxiliary density matrix methods« (ADMM) og for MP2/RPA via Resolution-of-identity (RI)
• Tynde (»sparse«) matrixrepræsentationer og prescreeningteknikker for lineært skalerende udregning af Kohn-Sham-matrixelementer (KS)
• Orbitaltransformation (OT) eller direkte inversion af det iterative underrum (DIIS) til selvkonsistent minimering (SCF)
• Local Resolution-of-Identity Projector Augmented Wave-metode (LRIGPW)
• Energier med absolut lokaliseret molekylorbital-SCF (ALMO-SCF) til lineært skalerende molekylsystemer
• Exciterede tilstande via tidsafhængig tæthedsfunktionalperturbationsteori (TDDFPT)

Ab-initio-molekylærdynamik:

• Born-Oppenheimer-molekylærdynamik (BOMD)
• Ehrenfest-molekylærdynamik (EMD)
• PS-ekstrapolation af begyndelsesbølgefunktion
• Tidsreversibel altid stabil predictor-corrector-integrator (ASPC)
• Approksimativ Car-Parrinello-agtig Born-Oppenheimer-molekylærdynamik med Langevin (Andengenerations Car-Parrinello-molekylærdynamik (SGCP))

Blandede kvante-/klassiske simulationer (QM/MM):

• Multigrid-metoder til evaluering af Coulombvekselvirkninger mellem kvante- og klassiske dele
• Håndtering af periodiske grænsebetingelser ved hjælp af lineært skalerende elektrostatisk kobling
• Adaptiv QM/MM

Yderligere funktioner omfatter:

• Enkeltpunktsenergier, geometrioptimeringer og frekvensberegninger
• Adskillige algoritmer til nudged elastic band (NEB) til beregning af minimumenergivej (B-NEB, IT-NEB, CI-NEB, D-NEB)
• Global optimering af geometrier.
• Solvation via Self-Consistent Continuum Solvation-modellen (SCCS)
• Semiempiriske beregninger med parametriseringerne AM1, RM1, PM3, MNDO, MNDO-d, PNNL og PM6, tight-binding med tæthedsfunktionalteori (DFTB) og tight-binding med selfkonsistent polarisering (SCP-TB) med valgfri periodicitet
• Klassiske molekylærdynamiksimulationer (MD) i det mikrokanoniske ensemble (NVE) eller kanoniske ensemble (NVT) med Nose-Hoover og kanonisk sampling gennem termostater der omskalerer hastigheder (CSVR)
• Metadynamik inklusive veltempereret metadynamik til fri energi-beregninger
• Klassiske kraftfeltsimuleringer (MM)
• Monte Carlo-simuleringer med Kohn-Sham-DFT
• Statiske (f.eks. spektra) og dynamiske (f.eks. diffusion) egenskaber
• ATOM-koden til at generere pseudopotentialer
• Integreret optimering af molekylære basissæt

CP2K implementerer ikke konventionel Car-Parinello-molekylærdynamik (CPMD).

ELK er en all-electron full-potential linearised augmented-plane wave-kode (FP-LAPW). Ved ikke at inkludere pseudopotentialer kan Elk tilbyde meget troværdige resultater med høj præcision og det fungerer for alle kemiske elementer. Inkluderede funktioner:

• FP-LAPW-basis med »local-orbitals«
• APW radial afledt matchning til vilkårlige rækkefølger på muffin-tin- overflade (super-LAPW osv.)
• Vilkårligt antal af lokal-orbitale er tilladt (alle kernetilstande kan gøres valens for eksempel
• Alle energier opløst i komponenter
• Forces - inklusive ufuldstændige basissæt (IBS) og kernekorrektioner fungerer med spin-orbit kobling, ikke-collinear magnetisme og LDA+U
• LSDA-, GGA- og (kun-potentielt) meta-GGA-funktionaler er tilgængelige
• LDA+U: fuldt lokaliseret begræsning (FLL), omkring middelfelt (AFM) og interpolation mellem de to; fungerer med SOC, NCM og spin-spirals
• Isolerede molekyler eller periodiske systemer
• Grundlæggende tilstande behandlet med radial Dirac-ligningen
• Spin-orbit coupling (SOC) inkluderet i »second-variational« skema
• Non-collinear magnetism (NCM) med arbitrær on-site magnetiske felter
• Fast spin-moment-kalkulationer (med SOC og NCM)
• Time-dependent density functional theory (TDDFT) for lineær optisk svarkalkulationer
• Første-orden optisk svar
• Non-linear optical (NLO) anden harmonisk oprettelse

Elk parallelliseres via hybrid OpenMP/OpenMPI.

ErgoSCF er et kvantekemisk program for storstilet selvkonsistent feltberegninger. Den anvender moderne lineære skaleringsteknikker såsom hurtig multipole-metoder, hierarkisk sparsom matrix-algebra, tæthedsmatrix rensning, og effektiv integreret screening. Lineær skalering opnås ikke kun i form af CPU-forbrug, men også hukommelsesudnyttelse. Der bruges gaussiske basissæt.

Programmet kan beregne enkeltpunkt-energier for de følgende metoder:

• Begrænset og ubegrænset Hartree-Fock-teori (HF)
• Begrænset og ubegrænset Kohn-Sham-tæthedsfunktionelteori (DFT)
• Fuld konfiguration-interaktion (FCI)

De følgende Exchange-Correlational (XC) tæthedsfunktionaler er inkluderet:

• Local Density Approximation (LDA)
• Gradient-corrected (GGA) XC-funktionaler BLYP, BP86, PW91 og PBE
• Hybrid XC-functionaler B3LYP, BHandHLYP, PBE0 og CAMB3LYP

Yderligere funktioner inkluderer:

• Lineære responsberegninger (polarizabilities- og excitation-energier) for begrænsede referencetæthed
• Eksterne elektriske felter
• Elektron dynamik via tidsafhængig Hartree-Fock (TDHF)

MPQC er et ab-inito kvantum kemiprogram. Det er specielt designet til at beregne molekyler på en meget paralleliseret måde.

Programmet kan beregne energier og gradienter for de følgende metoder:

• Closed shell and general restricted open shell Hartree-Fock (HF)
• Density Functional Theory (DFT)
• Closed shell second-order Moeller-Plesset perturbation theory (MP2)

Derudover kan programmet beregne energier for de følgende metoder:

• Open shell MP2 and closed shell explicitly correlated MP2 theory (MP2-R12)
• Second order open shell pertubation theory (OPT2[2])
• Z-averaged pertubation theory (ZAPT2)

Programmet inkluderer også et internt optimiseringsprogram for koordinatgeometri.

MPQC er bygget oven på Scientific Computing Toolkit (SC).

MPQC3 er et ab-inito kvantekemi program. Det er specielt designet til at beregne molekyler på en eksplicit korreleret måde.

Det kan beregne energier og gradienter for de følgende metoder:

• Hartree-Fock (HF)
• Density Functional Theory (DFT)
• Second-order Moeller-Plesset pertubation theory (MP2)

Derudover kan det beregne energier for de følgende metoder:

• Local MP2 (LMP2)
• Explicitly-correlated density-fitted MP2 (DF-MP2-F12)
• Explicitly-correlated density-fitted coupled-cluster singles doubles (DF-CCSD-F12)
• Explicitly-correlated density-fitted coupled-cluster singles doubles med perturbative triples (DF-CCSD(T)-F12)
• Explicitly-correlated density-fitted complete active space SCF (DF-CASSCF-F12)
• Explicitly-correlated density-fitted multi-reference configuration interaction (DF-MRCI-F12)

Programmet inkluderer også et internt optimiseringsprogram for koordinatgeometri.

NWCHem er en programpakke til foretage beregninger i kemi. Den tilbyder metoder, der kan skalere i både evnen til effektiv håndtering af store problemer i videnskabelige beregninger inden for kemien, samt evnen til at gøre brug af parallelle beregningsressourcer fra højtydende parallel- supercomputere til konventionelle klynger af arbejdsstationer.

NWChem kan håndtere:

• Molekylære, elektroniske strukturmetoder med brug af gaussisk basisfunktioner til molekylærberegninger med høj præcision
• Elektronisk strukturmetoder til pseudopotentialer for planbølger til beregning af molekyler, væsker, krystaller, overflader, halvledere eller metaller
• Ab-initio og klassisk simulering af molekylære dynamikker
• Blandede, klassiske kvantum-simuleringer
• Parallel skalering til tusinder af processorer

(Den efterfølgende beskrivelse af egenskaber bevares på engelsk).

• Molecular electronic structure methods, analytic second derivatives:
• Restricted/unrestricted Hartree-Fock (RHF, UHF)
• Restricted Density Functional Theory (DFT) using many local, non-local (gradient-corrected) or hybrid (local, non-local, and HF) exchange-correlation potentials
• Molecular electronic structure methods, analytic gradients:
• Restricted open-shell Hartree-Fock (ROHF)
• Unrestricted Density Functional Theory (DFT)
• Second-order Moeller-Plesset perturbation theory (MP2), using RHF and UHF reference
• MP2 with resolution of the identity approximation (RI-MP2)
• Complete active space SCF (CASSCF)
• Time-Dependent Density Functional Theory (TDDFT)
• Molecular electronic structure methods, single-point energies:
• MP2 spin-component scaled approach (SCS-MP2)
• Coupled cluster singles and doubles, triples or pertubative triples (CCSD, CCSDT, CCSD(T)), with RHF and UHF reference
• Configuration interaction (CISD, CISDT, and CISDTQ)
• Second-order approximate coupled-cluster singles doubles (CC2)
• State-specific multireference coupled cluster methods (MRCC) (Brillouin-Wigner (BW-MRCC) and Mukherjee (Mk-MRCC) approaches)
• Further molecular electronic structure features:
• Geometry optimization including transition state searches, constraints and minimum energy paths (via the Nudged Elastic Band (NEB) and Zero Temperature String methods)
• Vibrational frequencies
• Equation-of-motion (EOM)-CCSD, EOM-CCSDT, EOM-CCSD(T), CC2, Configuration-Interaction singles (CIS), time-dependent HF (TDHF) and TDDFT, for excited states with RHF, UHF, RDFT, or UDFT reference
• Solvatisation using the Conductor-like screening model (COSMO) for RHF, ROHF and DFT, including analytical gradients
• Hybrid calculations using the two- and three-layer ONIOM method
• Relativistic effects via spin-free and spin-orbit one-electron Douglas-Kroll and zeroth-order regular approximations (ZORA) and one-electron spin-orbit effects for DFT via spin-orbit potentials
• Pseudopotential plane-wave electronic structure:
• Pseudopotential Plane-Wave (PSPW), Projector Augmented Wave (PAW) or band structure methods for calculating molecules, liquids, crystals, surfaces, semi-conductors or metals
• Geometry/unit cell optimization including transition state searches
• Vibrational frequencies
• LDA, PBE96, and PBE0 exchange-correlation potentials (restricted and unrestricted)
• SIC, pert-OEP, Hartree-Fock, and hybrid functionals (restricted and unrestricted)
• Hamann, Troullier-Martins and Hartwigsen-Goedecker-Hutter norm- conserving pseudopotentials with semicore corrections
• Wavefunction, density, electrostatic and Wannier plotting
• Band structure and density of states generation
• Car-Parrinello ab-initio molecular dynamics (CPMD):
• Constant energy and constant temperature dynamics
• Verlet algorithm for integration
• Geometry constraints in cartesian coordinates
• Classical molecular dynamics (MD):
• Single configuration energy evaluation
• Energy minimization
• Molecular dynamics simulation
• Free energy simulation (multistep thermodynamic perturbation (MSTP) or multiconfiguration thermodynamic integration (MCTI) methods with options of single and/or dual topologies, double wide sampling, and separation-shifted scaling)
• Force fields providing effective pair potentials, first order polarization, self consistent polarization, smooth particle mesh Ewald (SPME), periodic boundary conditions and SHAKE constraints
• Mixed quantum-classical:
• Mixed quantum-mechanics and molecular-mechanics (QM/MM) minimizations and molecular dynamics simulations
• Quantum molecular dynamics simulation by using any of the quantum mechanical methods capable of returning gradients.

Nøglefunktionerne i OpenMolcas er den flerkonfigurationsmæssige fremgangsmåde til den elektroniske struktur.

Kan beregne energier, gradienter og hessianer for de følgende metoder:

• Hartree-Fock SCF (HF)
• Complete active space SCF (CASSCF)

Kan beregne energier og gradienter for de følgende metoder:

• Hartree-Fock (HF)
• Density-Functional Theory (DFT)
• Second-order Moeller-Plesset perturbation theory (MP2)
• Complete and restricted active space SCF (CASSCF/RASSCF)

Derudover kan der beregnes energier for de følgende metoder:

• Closed shell Moeller-Plesset perturbation theory (MP2)
• Complete active space second order perturbation theory (CASPT2)
• Coupled-cluster singles doubles (CCSD), optionally wihth Cholesky-Decomposition (CD)/Resolution-of-the Identity (RI)
• CD/RI Coupled-cluster singles doubles with perturbative triples (CCSD(T))
• Density Matrix Renormalization Group SCF (DMRG-SCF)

PSI3 er et ab-initio quantum chemistry program. Det er specielt designet til præcist at beregne egenskaber for små til mellemstørrelse molekyler, med brug af højt korrelerede teknikker.

Programmet kan beregne energier og overgange for de følgende metoder:

• Closed shell and general restricted open shell Hartree-Fock (RHF/ROHF) (inklusive analytiske hessianer for RHF)
• Closed shell Moeller-Plesset pertubation theory (MP2)
• Complete active space SCF (CASSCF)
• Coupled-cluster singles doubles (CCSD)
• Coupled-cluster singles doubles with pertubative triples (CCSD(T)) (kun for ubegrænsede (UHF) reference-wavefunktioner)

Derudover kan programmet beregne energier for de følgende metoder:

• Unrestricted open shell Hartree-Fock (UHF)
• Closed/open shell Moeller-Plesset pertubation theory (MP2)
• Closed shell explicitly correlated MP2 theory (MP2-R12) and spin- component scaled MP2 theory (SCS-MP2)
• Multireference configuration-interaction (MRCI)
• Coupled-cluster singles doubles with pertubative triples (CCSD(T))
• Second/third-order approximate coupled-cluster singles doubles (CC2/CC3)
• Multireference coupled-cluster singles doubles (MRCCSD)
• Closed shell and general restricted open shell equation-of-motion coupled-cluster singles doubles (EOM-CCSD)

Yderligere funktioner inkluderer:

• Fleksibelt, modulært og tilpasningsparat inddataformat
• Spændte tilstandsberegninger med CC2/CC3-, EOM-CCSD-, CASSCF-, MRCI- og MRCCSD-metoderne
• Internal coordinate geometry optimizer
• Harmonic frequencies calculations
• One-electron properties like dipole/quadrupole moments, natural orbitals, electrostatic potential, hyperfine coupling constants or spin density
• Udnyttelse af molekylær point-group-symmetri for at øge effektivitet

PSI4 er et ab-initio kvantekemiprogram. Det er specielt designet til nøjagtigt at beregne egenskaber for små til mellemstore molekyler ved hjælp af højt korrelerede teknikker. PSI4 er den parallelle efterfølger til PSI3 og indeholder mange moderne teoretiske metoder.

It can compute energies, gradients and hessians for the following methods:

• Restricted Hartree-Fock (RHF)

It can compute energies and gradients for the following methods:

• Restricted, unrestricted and general restricted open shell Hartree-Fock (RHF/ROHF)
• Restricted, unrestricted and general restricted open shell Densitry-Functional Theory, including density-fitting (DF-DFT)
• Density Cumulant Functional Theory (DCFT)
• Density-fitted Moeller-Plesset perturbation theory (DF-MP2)
• Density-fitted Orbital-Optimized MP2 theory (DF-OMP2)
• (Orbital-Optimized) MP3 theory (OMP3/MP3)
• Coupled-cluster singles doubles (CCSD)
• Density-fitted coupled-cluster singles doubles (DF-CCSD) and with perturbative triples (DF-CCSD(T))
• Second-order approximate coupled-cluster singles doubles (CC2)
• Equation-of-motion coupled-cluster singles doubles (EOM-CCSD)

Additionally, it can compute energies for the following methods:

• Spin-component scaled MP2 theory (SCS-MP2)
• Fourth order Moeller-Plesset perturbation theory (MP4)
• Density-fitted symmetry-adapted perturbation theory (DF-SAPT)
• Density-fitted complete active space SCF (DF-CASSCF)
• Configuration-interaction singles doubles (CISD)
• Full configuration-interaction (FCI)
• Closed-shell Density-fitted coupled-cluster singles doubles (DF-CCSD)
• Closed-shell Density-fitted Coupled-cluster singles doubles with perturbative triples (DF-CCSD(T))
• Second/third-order approximate coupled-cluster singles doubles (CC2/CC3)
• Mukherjee Multireference coupled-cluster singles doubles theory (mk-MRCCSD)
• Mukherjee Multireference coupled-cluster singles doubles with perturbative triples theory (mk-MRCCSD(T))
• Second order algebraic-diagrammatic construction theory (ADC(2))
• Quadratic configuration interaction singles doubles (QCISD)
• Quadratic configuration interaction singles doubles with perturbative triples (QCISD(T))
• Density Matrix Renormalization Group SCF (DMRG-SCF), CASPT2 (DMRG-CASPT2) and CI (DMRG-CI)

Further features include:

• Flexible, modular and customizable input format via Python
• Excited state calculations with the EOM-CC2/CC3, EOM-CCSD, ADC(2), MRCI and mk-MRCC methods
• Utilization of molecular point-group symmetry to increase efficiency
• Internal coordinate geometry optimizer
• Harmonic frequencies calculations (via finite differences)
• Potential surface scans
• Counterpoise correction
• One-electron properties like dipole/quadrupole moments, transition dipole moments, natural orbitals occupations or electrostatic potential
• Composite methods like complete basis set extrapolation or G2/G3
• Scalar-relativistic corrections via two-component approach (X2C)