DebiChem Molecular Ab Initio Calculations packages

ACESIII est un programme de calcul de structure électronique qui utilise les méthodes corrélées. Il est le successeur parallèle de ACESII qui utilise le langage assemblé de super-instruction (SIAL) comme cadre applicatif de parallélisation. Ses fonctionnalités sont :

Énergies, gradients analytiques et hessiens analytiques pour les méthodes suivantes :

• spin restreint/non restreint ou open-shell restreint Hartree-Fock (HF) ;
• théorie de perturbation Moeller-Plesset du second ordre (MP2).

Énergies et gradients analytiques pour les méthodes suivantes :

• cluster couplés simples ou doubles (CCSD) ;

Il peut de plus calculer les énergies pour les méthodes suivantes :

• cluster couplés simples et doubles avec des triplets perturbatifs (CCSD(T)) ;
• configuration quadratique, interactions simples et doubles (QCISD).

Les états excités peuvent être calculés par les méthodes suivantes :

• interaction de configuration simples et doubles ;
• cluster couplé d'équations de mouvement (EOM-CC).

Il fournit également un optimiseur interne de coordonnées géométriques. Si les gradients analytiques ne sont pas disponibles, des gradients numériques par des différences finies sont utilisés.

BAGEL (« Brilliantly Advanced General Electronic-structure Library » – bibliothèque brillamment évoluée de structure électronique générale) est un paquet de chimie computationnelle destiné aux calculs parallèles à grande échelle. Il se spécialise dans les méthodes très précises et inclut des effets d’ajustement de densité (« density fitting ») et relativistes pour la plupart des méthodes implémentées.

BAGEL peut calculer les énergies et gradients pour les méthodes suivantes :

 – Hartee-Fock (HF) ;
 – théorie Density-Functional (DFT) ;
 – théorie de la perturbation Moeller-Plesset de second ordre (MP2) ;
 – Complete active space SCF (CASSCF) ;
 – théorie de la perturbation Complete active space de second ordre
   (CASPT2) ;
 – CASPT2 étendue multiétat (XMS-CASPT2).

De plus, il peut calculer les énergies pour les méthodes suivantes⋅:

 — interactions de configuration simples (CIS) ;
 –⋅interactions de configuration complètes (FCI)⋅;
 –⋅interactions de configuration multiréférence contractée en interne
   multiétat (ic-MRCI)⋅;
 –⋅théorie de la perturbation de seconde ordre à valence-état à N
   électrons (NEVPT2)⋅;
 –⋅décomposition d’espace actif (ASD) pour les dimères et pour les sites
   multiples grâce à un groupe de renormalisation de matrice de densité
   (ASD-DMRG).

BAGEL est capable d’optimiser les géométries stationnaires et les intersections coniques et de calculer les fréquences de vibration.

BAGEL ne fournit pas d’interface disque, donc ses calculs doivent tenir en mémoire.

chemps2 is a scientific library which contains a spin-adapted implementation of the density matrix renormalization group (DMRG) for ab initio quantum chemistry. This wavefunction method allows one to obtain numerical accuracy in active spaces beyond the capabilities of full configuration interaction (FCI), and allows one to extract the 2-, 3-, and 4-particle reduced density matrices (2-, 3- and 4-RDM) of the active space.

For general active spaces up to 40 electrons in 40 orbitals can be handled with DMRG, and for one-dimensional active spaces up to 100 electrons in 100 orbitals. The 2-RDM of these active spaces can also be easily extracted, while the 3- and 4-RDM are limited to about 28 orbitals.

When the active space size becomes prohibitively expensive for FCI, DMRG can be used to replace the FCI solver in the complete active space self consistent field (CASSCF) method and the corresponding complete active space second order perturbation theory (CASPT2). The corresponding methods are called DMRG-SCF and DMRG-CASPT2, respectively. For DMRG-SCF the active space 2-RDM is required, and for DMRG-CASPT2 the active space 4-RDM.

This package installs the executable which parses Hamiltonians in fcidump format, performs DMRG-SCF and DMRG-CASPT2 calculations as specified by the user.

CP2K is a program to perform simulations of solid state, liquid, molecular and biological systems. It is especially aimed at massively parallel and linear scaling electronic structure methods and state-of-the-art ab-initio molecular dynamics (AIMD) simulations.

CP2K is optimized for the mixed Gaussian and Plane-Waves (GPW) method based on pseudopotentials, but is able to run all-electron or pure plane-wave/Gaussian calculations as well. Features include:

Ab-initio Electronic Structure Theory Methods using the QUICKSTEP module:

• Density-Functional Theory (DFT) energies and forces
• Hartree-Fock (HF) energies and forces
• Moeller-Plesset 2nd order perturbation theory (MP2) energies and forces
• Random Phase Approximation (RPA) energies
• Gas phase or Periodic boundary conditions (PBC)
• Basis sets include various standard Gaussian-Type Orbitals (GTOs), Pseudo- potential plane-waves (PW), and a mixed Gaussian and (augmented) plane wave approach (GPW/GAPW)
• Norm-conserving, seperable Goedecker-Teter-Hutter (GTH) and non-linear core corrected (NLCC) pseudopotentials, or all-electron calculations
• Local Density Approximation (LDA) XC functionals including SVWN3, SVWN5, PW92 and PADE
• Gradient-corrected (GGA) XC functionals including BLYP, BP86, PW91, PBE and HCTH120 as well as the meta-GGA XC functional TPSS
• Hybrid XC functionals with exact Hartree-Fock Exchange (HFX) including B3LYP, PBE0 and MCY3
• Double-hybrid XC functionals including B2PLYP and B2GPPLYP
• Additional XC functionals via LibXC
• Dispersion corrections via DFT-D2 and DFT-D3 pair-potential models
• Non-local van der Waals corrections for XC functionals including B88-vdW, PBE-vdW and B97X-D
• DFT+U (Hubbard) correction
• Density-Fitting for DFT via Bloechl or Density Derived Atomic Point Charges (DDAPC) charges, for HFX via Auxiliary Density Matrix Methods (ADMM) and for MP2/RPA via Resolution-of-identity (RI)
• Sparse matrix and prescreening techniques for linear-scaling Kohn-Sham (KS) matrix computation
• Orbital Transformation (OT) or Direct Inversion of the iterative subspace (DIIS) self-consistent field (SCF) minimizer
• Local Resolution-of-Identity Projector Augmented Wave method (LRIGPW)
• Absolutely Localized Molecular Orbitals SCF (ALMO-SCF) energies for linear scaling of molecular systems
• Excited states via time-dependent density-functional perturbation theory (TDDFPT)

Ab-initio Molecular Dynamics:

• Born-Oppenheimer Molecular Dynamics (BOMD)
• Ehrenfest Molecular Dynamics (EMD)
• PS extrapolation of initial wavefunction
• Time-reversible Always Stable Predictor-Corrector (ASPC) integrator
• Approximate Car-Parrinello like Langevin Born-Oppenheimer Molecular Dynamics (Second-Generation Car-Parrinello Molecular Dynamics (SGCP))

Mixed quantum-classical (QM/MM) simulations:

• Real-space multigrid approach for the evaluation of the Coulomb interactions between the QM and the MM part
• Linear-scaling electrostatic coupling treating of periodic boundary conditions
• Adaptive QM/MM

Further Features include:

• Single-point energies, geometry optimizations and frequency calculations
• Several nudged-elastic band (NEB) algorithms (B-NEB, IT-NEB, CI-NEB, D-NEB) for minimum energy path (MEP) calculations
• Global optimization of geometries
• Solvation via the Self-Consistent Continuum Solvation (SCCS) model
• Semi-Empirical calculations including the AM1, RM1, PM3, MNDO, MNDO-d, PNNL and PM6 parametrizations, density-functional tight-binding (DFTB) and self-consistent-polarization tight-binding (SCP-TB), with or without periodic boundary conditions
• Classical Molecular Dynamics (MD) simulations in microcanonical ensemble (NVE) or canonical ensmble (NVT) with Nose-Hover and canonical sampling through velocity rescaling (CSVR) thermostats
• Metadynamics including well-tempered Metadynamics for Free Energy calculations
• Classical Force-Field (MM) simulations
• Monte-Carlo (MC) KS-DFT simulations
• Static (e.g. spectra) and dynamical (e.g. diffusion) properties
• ATOM code for pseudopotential generation
• Integrated molecular basis set optimization

CP2K does not implement conventional Car-Parrinello Molecular Dynamics (CPMD).

Elk is an all-electron full-potential linearised augmented-plane wave (FP-LAPW) code. By not including pseudo-potentials, Elk can provide very reliable high-precision results and works for every chemical element. Features include:

• FP-LAPW basis with local-orbitals
• APW radial derivative matching to arbitrary orders at muffin-tin surface (super-LAPW, etc.)
• Arbitrary number of local-orbitals allowed (all core states can be made valence for example)
• Total energies resolved into components
• Forces - including incomplete basis set (IBS) and core corrections work with spin-orbit coupling, non-collinear magnetism and LDA+U
• LSDA, GGA and (potential-only) meta-GGA functionals available
• LDA+U: fully localised limit (FLL), around mean field (AFM) and interpolation between the two; works with SOC, NCM and spin-spirals
• Isolated molecules or periodic systems
• Core states treated with the radial Dirac equation
• Spin-orbit coupling (SOC) included in second-variational scheme
• Non-collinear magnetism (NCM) with arbitrary on-site magnetic fields
• Fixed spin-moment calculations (with SOC and NCM)
• Time-dependent density functional theory (TDDFT) for linear optical response calculations
• First-order optical response
• Non-linear optical (NLO) second harmonic generation

Elk is parallelized via hybrid OpenMP/OpenMPI.

ErgoSCF is a quantum chemistry program for large-scale self-consistent field calculations. It employs modern linear scaling techniques like fast multipole methods, hierarchic sparse matrix algebra, density matrix purification, and efficient integral screening. Linear scaling is achieved not only in terms of CPU usage but also memory utilization. It uses Gaussian basis sets.

It can compute single-point energies for the following methods:

• Restricted and unrestricted Hartree-Fock (HF) theory
• Restricted and unrestricted Kohn-Sham density functional theory (DFT)
• Full Configuration-Interaction (FCI)

The following Exchange-Correlational (XC) density functionals are included:

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

Further features include:

• Linear response calculations (polarizabilities and excitation energies) for restricted reference densities
• External electric fields
• Electron dynamics via Time-Dependent Hartree-Fock (TDHF)

MPQC est un programme de chimie quantique ab initio. Il est spécialement conçu pour effectuer des calculs sur les molécules de manière hautement parallélisée.

Il peut calculer des énergies et gradients avec les méthodes suivantes :

 — méthode générale de Hartree-Fock restreinte pour couche ouverte
   ou fermée ;
 — théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ;
 — théorie de la perturbation de Møller-Plesset (MP) de second ordre pour
   couche fermée.

De plus, il peut calculer des énergies avec les méthodes suivantes :

 — théorie pour les couches ouvertes MP2 et les couches fermées
   explicitement corrélées (MP2-R12) ;
 — théorie de la perturbation de second ordre pour couche fermée
   (OPT2[2]) ;
 — théorie de la perturbation « Z-averaged » (ZAPT2).

Il comporte également un optimiseur interne de géométrie analytique.

MPQC est basé sur la boîte à outils scientifique SC (« Scientific Computing Toolkit »).

MPQC3 is an ab-inito quantum chemistry program. It is especially designed to compute molecules in an explicitly-correlated fashion.

It can compute energies and gradients for the following methods:

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

Additionally, it can compute energies for the following methods:

• 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 with 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)

It also includes an internal coordinate geometry optimizer.

NWChem est un paquet de programmes de chimie numérique. Il fournit des méthodes évolutives à la fois pour leurs capacités à résoudre efficacement de gros problèmes scientifiques de chimie numérique, et à être utilisées par des ressources de calcul en parallèle à partir de supercalculateurs de hautes performances ou de grappes de calcul conventionnelles.

NWChem peut prendre en charge :

 – les méthodes de structure électronique moléculaire utilisant les
   fonctions gaussiennes de base pour le calcul de haute précision de
   molécules ;
 – les méthodes de structure électronique d’ondes planes pseudopotentielles
   pour le calcul de molécules, liquides, cristaux, surfaces,
   semi-conducteurs ou métaux ;
 – les simulations dynamiques moléculaires ab initio et classiques ;
 – les simulations mixtes quantique-classique ;
 – la parallélisation jusqu’à des milliers de processeurs.

Les fonctions incluses sont :

 – les méthodes de structure électronique moléculaire et dérivées secondes
   analytiques :
   – Hartree-Fock restreint ou non (RHF, UHF),
   – théorie de la fonctionnelle de la densité restreinte (DFT) utilisant
     de nombreux potentiels échange-corrélation locaux, non locaux
     (correction de gradient) ou hybrides (locaux, non locaux et HF) ;
 – les méthodes de structure électronique moléculaire et gradients
   analytiques :
   – Hartree-Fock restreinte pour couche ouverte (ROHF),
   – théorie de la fonctionnelle de la densité non restreinte (DFT),
   – théorie de la perturbation de Møller-Plesset de second ordre (MP2),
     utilisant les références RHF et UHF,
   – MP2 avec résolution de l’approximation de l’intégrale identique
    (RI-MP2),
   – espace actif complet SCF (CASSCF),
   – théorie de la fonctionnelle de la densité dépendant du temps (TDDFT) ;
 – les méthodes de structure électronique moléculaire et énergie en un seul
    point :
   – approche MP2 échelonnée spin-composant (SCS-MP2),
   – méthode du cluster couplé pour « singles » et « doubles », « triples »
     ou « pertubative triples » (CCSD, CCSDT, CCSD(T)) utilisant les
     références RHF et UHF,
   – interaction de configuration (CISD, CISDT et CISDTQ),
   – méthode du cluster couplé avec approximation du second ordre pour
     « simples » et « doubles » (CC2),
   – méthode du cluster couplé multiréférence à états particuliers (MRCC)
     (approches de Brillouin-Wigner (BW-MRCC) et Mukherjee (Mk-MRCC)) ;
 – autres fonctions de structure électronique moléculaire :
   – optimisation de géométrie comprenant les recherches d’état de
     transition, chemins d’énergie minimale et contraintes (à l’aide des
     méthodes Nudged Elastic Band (NEB) et Zero Temperature String),
   – fréquences vibrationnelles,
   – équations du mouvement (EOM)-CCSD, EOM-CCSDT, EOM-CCSD(T), CC2,
     interactions de configuration de « singles » (CIS), HF dépendants du
     temps (TDHF) et TDDFT, pour les états excités avec référence RHF, UHF,
     RDFT ou UDFT,
   – solvatation utilisant le modèle COSMO pour RHF, ROHF et DFT,
     incluant les gradients analytiques,
   – calculs hybrides utilisant la méthode ONIOM à deux ou trois couches,
   – effets relativistes à l’aide des spin-orbites et spin-free
     monoélectroniques de Douglas-Kroll et des approximations régulières
     d’ordre zéro (ZORA) et les effets spin-orbites monoélectroniques pour
     DFT à l’aide des potentiels spin-orbites ;
 – structure électronique d’onde plane pseudopotentielle :
   – Pseudopotential Plane-Wave (PSPW), Projector Augmented Wave (PAW) ou
     méthode de structure de bande pour calculer des molécules, liquides,
     cristaux, surfaces, semi-conducteurs ou métaux,
   – optimisation géométrique de cellule incluant les recherches d’état
     transitionnel,
   – fréquences vibrationnelles,
   – échange-corrélation de potentiels LDA, PBE96, et PBE0 (restreint ou
     non),
   – méthodes SIC, pert-OEP, Hartree-Fock et fonctionnelles hybrides
     (restreintes ou non),
   – pseudopotentiels à norme conservée Hamann, Troullier-Martins et
     Hartwigsen-Goedecker-Hutter avec corrections « semicore »,
   – tracé de courbe de fonctions d’onde, densité, électrostatique et
     Wannier,
   – structure de bande et génération de densité d’états ;
 – dynamique moléculaire Car-Parrinello ab-initio (CPMD) :
   – dynamiques d’énergie constante et température constante,
   – algorithme Verlet pour intégration,
   – contraintes géométriques en coordonnées cartésiennes ;
 – dynamique moléculaire classique (MD) :
   – évaluation de l’énergie en configuration single,
   – minimisation de l’énergie,
   – simulation de dynamique moléculaire,
   – simulation d’énergie libre (méthodes multistep thermodynamic
     perturbation (MSTP) ou multiconfiguration thermodynamic integration
     (MCTI) avec options topologies uniques ou duales, échantillonnage
     double et graduations séparées ou décalées),
   – champs de force fournissant des potentiels appairés réels,
     polarisation de premier ordre, polarisation automatique cohérente,
     maillage de particules régulier Ewald (SPME), conditions périodiques
     de limites et contraintes SHAKE ;
 – mélange quantique-classique :
   – minimisations de mélanges mécanique quantique mécanique moléculaire
     (QM/MM) et simulations de dynamique moléculaire,
   – simulation de dynamique moléculaire quantique utilisant toute méthode
     de mécanique capable de renvoyer des gradients.

Ce paquet fournit des exemples de scripts d’entrée et dépend de nwchem construit pour l’implémentation de MPI par défaut pour l’architecture.

Le MPI par défaut est openmpi pour la majorité des systèmes Debian. OpenMPI a connu des problèmes lors de l’exécution de nwchem sur de nombreux nœuds. En cas de besoin de calculer de grandes molécules en utilisant un calcul distribué, la construction MPICH fournie par nwchem-mpich peut être préférée.

The key feature of OpenMolcas is the multiconfigurational approach to the electronic structure.

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

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

It can compute energies and gradients for the following methods:

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

Additionally, it can compute energies for the following methods:

• 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 est un programme de méthodes ab initio de chimie quantique. Il est spécialement conçu pour calculer avec précision les propriétés de molécules petites à moyennes en utilisant des techniques hautement corrélées.

Il peut calculer les énergies et les gradients par les méthodes suivantes :

 — méthodes de Hartree-Fock pour couche complète et restreinte pour
   couche ouverte (RHF/ROHF) (incluant les matrices analytiques
   hessiennes pour RHF) ;
 — théorie de la perturbation de Møller-Plesset (MP2) ;
 — champ auto-cohérent de l'espace actif complet (CASSCF) ;
 — méthode du cluster couplé « singles, doubles » (CCSD) ;
 — méthode du cluster couplé « singles, doubles » et perturbations
   « triples » (CCSD(T)) (seulement pour les fonctions d’onde de
   référence d’Hartree-Fock non restreinte (UHF).

De plus, il peut calculer les énergies par les méthodes suivantes :

 — méthode de Hartree-Fock non restreinte (UHF) ;
 — théorie de la perturbation de Møller-Plesset pour couche ouverte et
   complète (MP2) ;
 — théorie MP2 explicitement corrélée de couche complète (MP2-R12) et
   théorie MP2 adaptée au composant spin (SCS-MP2) ;
 — interaction de configuration multi-référence (MRCI) ;
 — méthode du cluster couplé « singles, doubles » et perturbations
   « triples » (CCSD(T)) ;
 — méthode du cluster couplé « singles, doubles » avec approximation du
   premier au second ordre (CC2/CC3) ;
 — méthode du cluster couplé « singles, doubles » multiréférence
   (MRCCSD) ;
 — méthodes pour couche complète et restreinte pour couche ouverte
   d’équations de mouvement de cluster couplé « singles, doubles »
   (EOM-CCSD)

Les autres fonctions incluent :

 — format d’entrée flexible, modulaire et personnalisable ;
 — calcul d’états excités avec les méthodes CC2/CC3, EOM-CCSD, CASSCF,
   MRCI et MRCCSD ;
 — optimiseur de géométrie de coordonnées interne ;
 — calcul des fréquences harmoniques ;
 — propriétés d’un électron tels que les moments dipolaires ou
   quadrupolaires, orbites naturelles, potentiel électrostatique,
   constantes de couplage hyperfin ou densité de spin ;
 — utilisation de groupe ponctuel de symétrie moléculaire pour une
   amélioration de l’efficacité.

PSI4 is an ab-initio quantum chemistry program. It is especially designed to accurately compute properties of small to medium molecules using highly correlated techniques. PSI4 is the parallelized successor of PSI3 and includes many state-of-the-art theoretical methods.

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)