DebiChem Molecular Ab Initio Calculations packages

ACESIII è un programma di calcoli per strutture elettroniche che si focalizza sui metodi correlati. È il successore parallelo di ACESII, e utilizza SIAL (Super Instruction Assembly Language) come infrastruttura di parallelizzazione. Tra le funzionalità sono incluse:

Energie, gradienti analitici e hessiani analitici per i seguenti metodi:

• spin limitato/illimitato o metodo Hartree-Fock open-shell ristretto;
• teoria di perturbazione Moeller-Plesset di secondo ordine (MP2).

Energie e gradienti analitici per i seguenti metodi:

• Coupled-Cluster con singole e doppie eccitazioni (CCSD).

In aggiunta può elaborare energie per i seguenti metodi:

• Coupled-Cluster con singole e doppie eccitazioni e perturbazioni con triple eccitazioni (CCSD(T));
• interazioni di configurazioni quadratiche con singole e doppie eccitazioni (QCISD).

Gli stati eccitati possono essere calcolati dai seguenti metodi:

• interazioni di configurazioni quadratiche con singole e doppie eccitazioni;
• equazioni di movimento per Coupled Cluster (EOM-CC).

Include anche un ottimizzatore interno per geometria di coordinate. Se non sono disponibili gradienti analitici, sono usati gradienti numerici tramite differenze finite.

BAGEL (Brilliantly Advanced General Electronic-structure Library) è un pacchetto di chimica computazionale orientato a calcoli paralleli su larga scala. Si specializza su metodi altamente accurati e include fit di densità ed effetti relativistici per la maggior parte dei metodi che implementa.

Può calcolare energie e gradienti per i seguenti metodi:

• Hartree-Fock (HF);
• teoria del funzionale della densità (DFT);
• teoria della perturbazione di secondo ordine di Moeller-Plesset (MP2);
• spazio attivo completo SCF (CASSCF);
• teoria della perturbazione di secondo ordine dello spazio attivo completo (CASPT2);
• CASPT2 multistato estesa (XMS-CASPT2).

Inoltre può calcolare energie per i seguenti metodi:

• CIS (Configuration-Interaction Singles);
• FCI (Full Configuration-Interaction);
• multireference configuration-interaction multistato internamente contratta (ic-MRCI);
• teoria della perturbazione di secondo ordine N-electron valence-state (NEVPT2);
• active-space decomposition (ASD) per dimeri e per siti multipli tramite gruppo di rinormalizzazione della matrice di densità (ASD-DMRG).

BAGEL è in grado di ottimizzare le geometrie stazionarie e le intersezioni coniche e di calcolare le frequenze vibrazionali.

BAGEL non include un'interfaccia verso il disco, per cui è necessario che tutti i calcoli entrino in memoria.

chemps2 è una libreria scientifica che contiene un'implementazione spin-adapted di DMRG (Density Matrix Renormalization Group) per chimica quantistica ab initio. Questo metodo di funzione d'onda permette di ottenere accuratezza numerica in spazi attivi al di là delle possibilità di FCI (Full Configuration Interaction) e permette di estrarre le matrici di densità ridotta a 2, 3 e 4 particelle (2-, 3- e 4-RDM) dello spazio attivo.

Per gli spazi generali attivi possono essere gestiti con DRMG fino a 40 elettroni in 40 orbitali e per spazi monodimensionali attivi fino a 100 elettroni in 100 orbitali. Anche le 2-RDM di tali spazi attivi possono essere facilmente estratte, mentre le 3- e le 4-RDM sono limitate a circa 28 orbitali.

Quando la dimensione dello spazio attivo diventa costosa in maniera proibitiva per FCI, DMRG può essere usato per sostituire il risolutore FCI nel metodo CASSCF (Complete Active Space Self Consistent Field) nel corrispondente CASPT2 (Complete Active Space Second Order Perturbation Theory). I metodi corrispondenti sono chiamati rispettivamente DMRG-SCF e DMRG-CASPT2. Per DMRG-SCF, è necessaria la 2-RDM dello spazio attivo e per DMRG-CASPT2 la 4-RDM dello spazio attivo.

Questo pacchetto installa l'eseguibile che analizza gli hamiltoniani nel formato di fcidump ed esegue calcoli DMRG-SCF e DMRG-CASPT2 come specificati dall'utente.

CP2K è un programma per fare simulazioni di sistemi allo stato solido, liquido, sistemi molecolari e biologici. È espressamente pensato per metodi per strutture elettroniche massivamente paralleli e scalabili linearmente e per simulazioni di dinamica molecolare ab-initio (AIMD) allo stato dell'arte. Le sue caratteristiche comprendono:

CP2K è ottimizzato per il metodo misto GPW (gaussiane e onde piane) basato su pseudopotenziali, ma è in grado di eseguire anche i calcoli a tutti gli elettroni oppure puramente su onde piane/gaussiane. Le sue funzionalità includono:

Metodi della teoria della struttura elettronica ab-initio usando il modulo QUICKSTEP:

• energie e forze della teoria del funzionale della densità (DFT);
• energie e forze Hartree-Fock (HF);
• energie e forze della teoria della perturbazione di secondo ordine di Moeller-Plesset (MP2);
• energie RPA (Random Phase Approximation);
• fase gassosa e condizioni periodiche al contorno (PBC, Periodic Boundary Conditions);
• gli insiemi base includono vari orbitali di tipo gaussiano (GTO) standard, onde piane (PW) pseudopotenziali e un approccio misto gaussiano e con onde piane (aumentate) (GPW / GAPW);
• pseudo potenziali a norma conservata separabili GTH (Goedecker-Teter- Hutter) e NLCC (Non-Linear Core Corrected) o calcolo a tutti gli elettroni;
• pseudopotenziali (PP) incluso il PP a norma conservata separabile Goedecker-Teter-Hutter (GTH);
• funzionali XC di approssimazione della densità locale (LDA) inclusi SVWN3, SVWN5, PW92 e PADE;
• funzionali XC a gradiente corretto (GGA) inclusi BLYP, BP86, PW91, PBE e HCTH120, così come il funzionale XC meta-GCA TPSS;
• funzionali XC ibridi con scambio Hartree-Fock (HFX) esatto inclusi B3LYP, PBE0 e MCY3;
• funzionali XC doppio-ibrido XC inclusi B2PLYP e B2GPPLYP;
• funzionali XC aggiuntivi attraverso LibXC;
• correzioni di dispersione attraverso modelli di potenziale di coppia DFT-D2 e DFT-D3;
• correzioni van der Waals non locali per funzionali XC inclusi B88-vdW, PBE-vdW e B97X-D;
• correzione DFT+U (Hubbard);
• fitting della densità per DFT con Bloechl o DDAPC (Density Derived Atomic Point Charges), per HFX con metodi ADMM (Auxiliary Density Matrix Methods) e per MP2/RPA con RI (risoluzione all'identità);
• tecniche per matrici sparse e prescreening per calcolo di matrici Kohn-Sham (KS) per scalamento lineare;
• minimizzatore del campo autoconsistente (SCF) per trasformazioni di orbitale (OT) o inversione diretta del sottospazio iterativo (DIIS);
• metodo LRIGPW (Local Resolution-of-Identity Projector Augmented Wave);
• energie ALMO-SCF (Absolutely Localized Molecular Orbitals SCF) per scalamento lineare di sistemi molecolari;
• stati eccitati attraverso TDDFPT (teoria della perturbazione della funzione di densità dipendente dal tempo).

Dinamica molecolare ab-initio:

• dinamica molecolare Born-Oppenheimer (BOMD);
• dinamica molecolare Ehrenfest (EMD);
• estrapolazione PS di funzione d'onda iniziale;
• integratore ASPC (Always Stable Predictor-Corrector) reversibile nel tempo;
• dinamica molecolare approssimata Car-Parinello stile Langevin Born-Oppenheimer (dinamica molecolare Car-Parrinello di seconda generazione, SGCP).

Simulazioni miste quantistiche/classiche (QM/MM):

• approccio multigriglia in spazio reale per la valutazione delle interazioni di Coulomb tra la parte QM e quella MM;
• trattamento con accoppiamento elettrostatico con scalamento lineare delle condizioni periodiche al contorno;
• QM/MM adattivo.

Ulteriori funzionalità includono:

• calcoli di energie di singolo punto, ottimizzazioni geometriche e frequenze;
• svariati algoritmi per NEB (Nudged-Elastic Band) (B-NEB, IT-NEB, CI-NEB, D-NEB) per calcoli del percorso a energia minima (MEP);
• ottimizzazione globale delle geometrie;
• solvatazione con il modello SCCS (Solvation via the Self-Consistent Continuum);
• calcoli semi-empirici incluse le parametrizzazioni AM1, RM1, PM3, MNDO, MNDO-d, PNNL e PM6, DFTB (Density-Functional Tight-Binding) e SCP-TB (Self-Consistent Polarization Tight-Binding) con o senza condizioni periodiche al contorno;
• simulazioni di dinamica molecolare (MD) classica in insiemi microcanonici (NVE) o insiemi canonici (NVT) con campionamento Nose-Hover e canonico attraverso termostati a riscalamento di velocità (CSVR);
• metadinamiche inclusa la metadinamica ben-temperata per calcoli dell'energia libera;
• simulazioni classiche del campo di forza (MM);
• simulazioni KS-DFT Monte-Carlo (MC);
• proprietà statiche (es. spettri) e dinamiche (es. diffusione);
• codice ATOM per generazione di pseudopotenziali;
• ottimizzazione integrata dell'insieme di base molecolare.

CP2K non implementa la dinamica molecolare convenzionale di Car-Parrinello (CPMD).

Elk è un codice FP-LAPW (Full-Potential Linearised Augmented-Plane Wave) a tutti gli elettroni. Non includendo pseudo-potenziali, Elk può fornire risultati affidabili di alta precisione e funziona per ogni elemento chimico. Le funzionalità includono:

• basi FP-LAPW con orbitali locali,
• derivata APW radiale corrispondente a ordini arbitrari sulla superficie muffin-tin (super-LAPW, ecc.),
• è permesso un numero arbitrario di orbitali locali (tutti gli stati fondamentali possono essere fatti valenza, per esempio),
• energie totali risolte in componenti,
• forze, inclusi IBS (Incomplete Basis Set) e lavoro di correzioni di core con accoppiamento spin-orbitale, magnetismo non collineare e LDA+U,
• sono disponibili funzionali LSDA, GGA e meta-GGA (solo potenziali),
• LDA+U: FLL (Fully Localised Limit), AFM (Around Mean Field) e interpolazione tra i due; funziona con SOC, NCM e spin-spirali,
• molecole isolate o sistemi periodici,
• stati fondamentali trattati con l'equazione radiale di Dirac,
• SOC (Spin-Orbit Coupling) incluso in modello secondo variazionale,
• NCM (Non Collinear Magnetism) con campi magnetici sul posto arbitrari,
• calcoli di momento di spin fisso (con SOC e NCM),
• TDDFT (Time-Dependent Density Functional Theory) per calcoli su risposte ottiche lineari,
• risposte ottiche di primo ordine,
• generazione di seconde armoniche NLO (Non-Linear Optical).

Elk è parallelizzato tramite OpenMP/OpenMPI.

ErgoSCF è un programma di chimica quantistica per calcoli su larga scala di campi autocoerenti. Impiega moderne tecniche di scalatura lineare come i metodi multipolari rapidi, l'algebra su matrici gerarchiche sparse, la purificazione di matrici di densità e lo screening efficiente degli integrali. La scalatura lineare è raggiunta non solo in termini di utilizzo della CPU, ma anche di utilizzo della memoria. Usa insiemi di basi gaussiane.

Può calcolare energie single-point per i seguenti metodi:

• teoria Hartree-Fock (HF) ristretta e non ristretta,
• teoria del funzionale della densità (DFT) Kohn-Sham ristretta e non ristretta,
• Full Configuration-Interaction (FCI).

I seguenti funzionali della densità Exchange-Correlational (XC) sono inclusi:

• approssimazione di densità locale (LDA),
• funzionali XC di gradiente corretto (GGA) BLYP, BP86, PW91 e PBE,
• funzionali XC ibridi B3LYP, BHandHLYP, PBE0 e CAMB3LYP.

Ulteriori funzionalità comprendono:

• calcoli di risposta lineare (polarizzabilità ed energie di eccitazione per densità di riferimento ristretto,
• campi elettrici esterni,
• dinamica degli elettroni attraverso Time-Dependent Hartree-Fock (TDHF).

MPQC è un programma di chimica quantistica ab-initio. È specificamente progettato per elaborare molecole in modo altamente parallelo.

Può calcolare energie e gradienti per i seguenti metodi:

• Hartree-Fock (HF) closed shell e Hartree-Fock open shell ristretto;
• teoria del funzionale della densità (DFT);
• teoria perturbativa closed shell di Moeller-Plesset del secondo ordine (MP2).

In aggiunta può calcolare le energie per i seguenti metodi:

• teoria open shell MP2 e closed shell MP2 esplicitamente correlate (MP2-R12);
• teoria perturbativa open shell di secondo ordine (OPT2[2]);
• ZAPT2 (Z-averaged pertubation theory).

Include anche un ottimizzatore interno di coordinate geometriche.

MPQC è costruito sulla base del toolkit SC (Scientific Computing).

MPQC3 è un programma di chimica quantistica ab-initio. È specificamente progettato per elaborare molecole in modo esplicitamente correlato.

Può calcolare energie e gradienti per i seguenti metodi:

• Hartree-Fock (HF);
• teoria del funzionale della densità (DFT);
• teoria di perturbazione Moeller-Plesset di secondo ordine (MP2).

In aggiunta può elaborare energie per i seguenti metodi:

• MP2 locale (LMP2)
• MP2 density-fitted esplicitamente correlata (DF-MP2-F12)
• coupled-cluster con singole e doppie density-fitted esplicitamente correlata (DF-CCSD-F12)
• coupled-cluster con singole e doppie density-fitted esplicitamente correlata con triple perturbative (DF-CCSD(T)-F12)
• SCF completa active space density-fitted esplicitamente correlata (DF-CASSCF-F12)
• interazione di configurazione multi-reference density-fitted esplicitamente correlata (DF-MRCI-F12)

Include anche un ottimizzatore interno di coordinate geometriche.

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 è un programma di chimica quantistica ab-initio. È progettato specialmente per calcolare accuratamente le proprietà di molecole piccole o medie usando tecniche ad alta correlazione.

Può calcolare energie e gradienti con i seguenti metodi:

• Hartree-Fock closed shell e open shell ristretto (RHF/ROHF) (inclusi gli hessiani per RHF);
• teoria perturbativa di Møller-Plesset (MP2) per closed shell;
• Complete Active Space SCF (CASSCF);
• Coupled-cluster con singole e doppie eccitazioni (CCSD);
• Coupled-cluster con singole e doppie eccitazioni e triple eccitazioni perturbative (CCSD(T)) (solo con funzioni d'onda di riferimento non-ristrette (UHF)).

Inoltre può calcolare le energie con i seguenti metodi:

• Hartree-Fock open shell non ristretto (UHF);
• Teoria perturbativa di Møller-Plesset closed/open shell (MP2);
• Teoria MP2 correlata esplicitamente (MP2-R12) per closed shell e teoria MP2 scalata per componente di spin (SCS-MP2);
• Multireference configuration-interaction (MRCI);
• Coupled-cluster con singole e doppie eccitazioni e triple eccitazioni perturbative (CCSD(T));
• Coupled-cluster con singole e doppie eccitazioni con approssimazione del secondo e terzo ordine (CC2/CC3);
• Multireference coupled-cluster con singole e doppie eccitazioni (MRCCSD);
• Equazione coupled-cluster del moto con singole e doppie eccitazioni closed shell e open shell ristretto (EOM-CCSD).

Le altre funzionalità:

• formato di input flessibile, modulare e personalizzabile;
• calcolo degli stati d'eccitamento con i metodi CC2/CC3, EOM-CCSD, CASSCF, MRCI e MRCCSD;
• ottimizzatore delle coordinate geometriche interne;
• calcoli delle frequenze armoniche;
• proprietà di un elettrone quali momento del dipolo/quadripolo, orbitali naturali, potenziale elettrostatico, costanti di accoppiamento iperfine
• densità di spin;
• utilizzo della simmetria molecolare punto-gruppo per aumentare l'efficienza.

PSI4 è un programma di chimica quantistica ab-initio. È progettato specialmente per calcolare in modo accurato le proprietà di molecole piccole o medie usando tecniche ad alta correlazione. PSI4 è il successore parallelizzato di PSI3 e include molti metodi teorici all'avanguardia.

Può calcolare energie, gradienti ed hessiane per i seguenti metodi:

• Hartree-Fock ristretto (RHF).

Può calcolare energie e gradienti per i seguenti metodi:

• Hartree-Fock open shell ristretto, non ristretto e generale ristretto (RHF/ROHF);
• teoria del funzionale di densità open shell ristretto, non ristretto e generale ristretto, incluso density-fitting (DF-DFT);
• teoria del funzionale cumulante di densità (DCFT);
• teoria perturbativa density-fitted di Møller-Plesset (DF-MP2);
• teoria DF-OMP2 (Density-fitted Orbital-Optimized MP2);
• teoria MP3 (orbital-optimized) (OMP3/MP3);
• coupled-cluster con singole e doppie eccitazioni (CCSD);
• coupled-cluster con singole e doppie eccitazioni density-fitted (DF-CCSD) e con triple eccitazioni perturbative (DF-CCSD(T));
• coupled-cluster con singole e doppie eccitazioni approssimate al secondo ordine (CC2);
• equazione coupled-cluster del moto con singole e doppie eccitazioni (EOM-CCSD).

Inoltre può calcolare le energie per i seguenti metodi:

• teoria MP2 scalata per componente di spin (SCS-MP2);
• teoria perturbativa del quarto ordine di Møller-Plesset (MP4);
• teoria perturbativa symmetry-adapted density-fitted (DF-SAPT);
• DF-CASSCF (Density-fitted complete active space SCF);
• CISD (Configuration-interaction singles doubles);
• FCI (Full configuration-interaction (FCI);
• coupled-cluster density-fitted closed-shell con singole e doppie eccitazioni (DF-CCSD);
• coupled-cluster density-fitted closed-shell con singole e doppie eccitazioni e triple eccitazioni perturbative (DF-CCSD(T));
• coupled-cluster con singole e doppie eccitazioni con approssimazione del secondo e terzo ordine (CC2/CC3);
• teoria multireference coupled-cluster di Mukherjee con singole e doppie eccitazioni (mk-MRCCSD);
• teoria multireference coupled-cluster di Mukherjee con singole e doppie eccitazioni e triple eccitazioni perturbative (mk-MRCCSD(T));
• teoria della costruzione algebrica diagrammatica del secondo ordine (ADC(2));
• interazione quadratica di configurazione con singole e doppie eccitazioni (QCISD);
• interazione quadratica di configurazione con singole e doppie eccitazioni e triple eccitazioni perturbative (QCISD(T));
• gruppo di rinormalizzazione della matrice di densità SCF (DMRG-SCF), CASPT2 (DMRG-CASPT2) e CI (DRMG-CI).

Ulteriori funzionalità includono:

• formato di input flessibile, modulare e personalizzabile tramite Python;
• calcolo degli stati d'eccitamento con i metodi EOM-CC2/CC3, EOM-CCSD, ADC(2), MRCI e mk-MRCC;
• utilizzo della simmetria molecolare punto-gruppo per aumentare l'efficienza;
• ottimizzatore delle coordinate geometriche interne;
• calcoli delle frequenze armoniche (tramite differenze finite);
• scansioni delle superfici del potenziale;
• correzione del controbilanciamento;
• proprietà di un elettrone quali momento del dipolo/quadripolo, momento del dipolo di transizione, occupazione degli orbitali naturali o potenziale elettrostatico;
• metodi compositi come estrapolazione dell'insieme di base o G2/G3;
• correzioni scalari-relativistiche con approccio a due componenti (X2C).