DebiChem Periodic Ab Initio Calculations packages

ABINIT est un paquet dont le programme principal permet de trouver l'énergie totale, la densité de charge et la structure électronique de systèmes composés d'électrons et de noyaux (molécules et solides périodiques) dans le cadre de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT, « Density Functional Theory ») en utilisant des pseudo-potentiels et une base d'onde plane.

ABINIT inclut également des options pour optimiser la géométrie suivant les forces et stress de la DFT, pour faire des simulations de dynamique moléculaire en utilisant ces forces ou pour créer des matrices dynamiques, des charges effectives de Born et des tenseurs diélectriques. Les états excités peuvent être calculés suivant la DFT dépendante du temps (pour les molécules) ou suivant la théorie des perturbations multicorps (l'approximation GW). En plus du code principal d'ABINIT, différents utilitaires sont fournis.

Ce paquet fournit les exécutables nécessaires aux calculs (mais les pseudo-potentiels ne sont pas fournis). Le paquet abinit-data fournit un ensemble de pseudo-potentiels.

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).

A density-functional theory (DFT) Python code based on the projector-augmented wave (PAW) method and the atomic simulation environment (ASE). It uses real-space uniform grids and multigrid methods, atom-centered basis-functions or plane-waves.

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.

OpenMX (Open source package for Material eXplorer) est un paquet de programmes pour des simulations de matériaux nanométriques basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, le pseudopotentiel à norme conservée et des fonctions de base localisées au pseudo-atome. Puisque le code est conçu pour la réalisation de calculs ab initio à très grande échelle sur des ordinateurs parallélisés, il est prévu qu’OpenMX puisse être un outil utile et puissant pour les sciences des matériaux nanométriques pour une large diversité de systèmes tels que les biomatériaux, les nanotubes de carbone, les matériaux magnétiques et les conducteurs nanométriques.

ESPRESSO Quantum (anciennement connu sous le nom PWscf) est une suite intégrée de codes informatiques pour les calculs de structure électronique et de modélisation de matériaux à l'échelle nanométrique. Elle est basée sur la théorie de la densité fonctionnelle, les ondes planes et les pseudopotentiels (tous conservant les normes, ultrasoft et PAW).

Wannier90 is an electronic-structure software computing maximally-localized Wannier functions (MLWF). It works on top of other electronic-structure software, such as Abinit, FLEUR, and PwSCF.

This package provides Wannier90 executables.