DebiChem Molecular dynamics packages

Adun è un simulatore biomolecolare che include anche capacità di gestione e analisi di dati. È stato sviluppato presso il Laboratorio di Biofisica e Biochimica Computazionale, una sezione dell'Unità di Ricerca sull'Informatica Biomedica dell'UPF (Universitat Pompeu Fabra).

Questo pacchetto contiene UL, il frontend con interfaccia utente grafica per Adun.

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).

GROMACS è un pacchetto versatile per l'esecuzione di dinamiche molecolari, ovvero simulazioni delle equazioni newtoniane del moto per sistemi con un numero di particelle tra le centinaia e i milioni.

Progettato principalmente per biomolecole come proteine e lipidi con molte complesse interazioni di legame, GROMACS, essendo estremamente veloce nei calcoli per le interazioni di non-legame (che solitamente dominano le simulazioni) è anche utilizzato da molti gruppi per ricerche su sistemi non biologici, come ad esempio polimeri.

LAMMPS è il classico codice per dinamica molecolare e un acronimo per Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator (simulatore atomico/molecolare su grande scala massicciamente parallelo).

LAMMPS ha i potenziali per materiali flessibili (biomolecole, polimeri) e materiali a stato solido (metalli, semiconduttori) e sistemi mesoscopici o a grana grossa. Può essere usato per modellare atomi o, più genericamente, come simulatore parallelo di particelle a scala atomica, meso o continua.

LAMMPS funziona su processori singoli o in parallelo usando tecniche di passaggio di messaggi e decomposizione spaziale del dominio di simulazione. Il codice è progettato per essere facile da modificare o estendere con nuove funzionalità.

NWCHem è un programma per chimica computazionale. Fornisce metodi che sono scalabili sia nella loro capacità di trattare efficacemente vasti problemi di chimica computazionale, sia nell'uso di risorse per elaborazione in parallelo disponibili, dai supercomputer paralleli ad altissime prestazioni ai classici cluster di workstation.

NWChem può gestire:

• Tecniche che coinvolgono la struttura elettronica molecolare usando funzioni di tipo gaussiano per calcoli di molecole con alta precisione
• Tecniche che coinvolgono la struttura elettronica ad onde piane di pseudopotenziale per il calcolo di molecole, liquidi, cristalli, superfici, semiconduttori o metalli
• Simulazioni di dinamica molecolare classica ed ab-initio
• Simulazioni con tecniche miste di chimica quantistica e classica
• Scalabilità parallela fino a migliaia di processori

Funzionalità incluse:

• Metodi che coinvolgono la struttura elettronica molecolare con derivate analitiche al second'ordine:
• Hartree-Fock ristretta o non ristretta (RHF, UHF)
• Teoria del funzionale densità (DFT) ristretta usando numerosi potenziali di correlazione di scambio, locali, non-locali (corretto con il gradiente) e ibridi (locali, non-locali e HF)
• Metodi che coinvolgono la struttura elettronica molecolare con gradienti analitici:
• Hartree-Fock ristretta a shell aperta (ROHF)
• Teoria del funzionale densità (DFT) non ristretta
• Teoria perturbativa di Moeller-Plesset al secondo ordine (MP2), usando come riferimento RHF e UHF
• MP2 con approssimazione della risoluzione di integrale identità (RI-MP2)
• Spazio attivo completo SCF (CASSCF)
• Teoria del funzionale densità dipendente dal tempo (TDDFT)
• Metodi che coinvolgono la struttura elettronica molecolare, energia di singolo punto:
• approccio scalato alla componente spin (SCS-MP2)
• Metodi Coupled Cluster con singole, doppie o triple eccitazioni, o triple eccitazioni perturbative (CCSD, CCSDT, CCSD(T)), usando come riferimento RHF e UHF
• Interazione di configurazione (CISD, CISDT e CISDTQ)
• Metodo Coupled Cluster con singole o doppie eccitazioni approssimato al secondo ordine (CC2)
• Ulteriori caratteristiche delle strutture elettroniche molecolari:
• Ottimizzazione della geometria incluse rilevazioni di stati di transizione, vincoli e percorsi di minima energia
• Frequenze di vibrazione
• Equazioni del moto (EOM)-CCSD, EOM-CCSDT, EOM-CCSD(T), CC2, Interazione di configurazione singola (CIS), HF (TDHF) e TDDFT dipendenti dal tempo, per stati eccitati con riferimenti RHF, UHF, RDFT o UDFT
• Solvatazione usando il modello di analisi di tipo conduttore (COSMO) per RHF, ROHF e DFT
• Calcoli ibridi usando il modello ONIOM a due e tre strati
• Effetti relativistici attraverso le approssimazioni tipo Douglas-Kroll ad un elettrone senza spin o con accoppiamento spin-orbita e approssimazione regolare all'ordine zero (ZORA); effetti di accoppiamento spin-orbita ad un elettrone per DFT con potenziali spin-orbita
• Struttura elettronica con onda piana a pseudopotenziale:
• Onda piana a pseudopotenziale (PSPW), Projector Augmented Wave (PAW) o metodi di struttura delle bande per calcolo di molecole, liquidi, cristalli, superfici, semiconduttori o metalli
• Ottimizzazione di geometria o celle unitarie incluse rilevazioni di stati di transizione
• Frequenze di vibrazione
• Potenziali di correlazione-scambio di tipo LDA, PBE96 e PBE0 (ristretti o non ristretti)
• Funzionali SIC, pert-OEP, Hartree-Fock e ibridi (ristretti o non ristretti)
• Pseudopotenziali a conservazione di norma con correzione di semicore di tipo Hamann, Troullier-Martins e Hartwigsen-Goedecker-Hutter
• Grafici per funzioni d'onda, densità, elettrostatica e di Wannier
• Generazione della struttura a bande e della densità di stato
• Dinamica molecolare ab-initio Car-Parrinello (CPMD):
• Dinamica ad energia e temperatura costante
• Integrazione con algoritmo di Verlet
• Vincoli geometrici in coordinate cartesiane
• Dinamica molecolare classica (MD):
• Valutazione dell'energia di singola configurazione
• Minimizzazione dell'energia
• Simulazioni di dinamica molecolare
• Simulazione di energia libera (metodi di termodinamica perturbativa a multistep (MSTP) o integrazione termodinamica a molte configurazioni (MCTI) con opzioni di singola o doppia topologia, campionamento a doppia larghezza, scalatura con spostamento e separazione)
• Campi di forze con potenziale efficace di coppia, polarizzazione al primo ordine, polarizzazione autocoerente, maglia Ewald di particella omogenea (SPME), condizioni periodiche al contorno e vincoli di tipo SHAKE
• Mix quantistico classico:
• Minimizzazioni miste con meccanica quantistica e meccanica molecolare (QM/MM) e simulazioni di dinamica molecolare
• Simulazione di dinamiche molecolari quantistiche utilizzando qualsiasi metodo di meccanica quantistica in grado di restituire gradienti.

VOTCA è un pacchetto software focalizzato all'analisi di dati di dinamica molecolare, allo sviluppo di tecniche di "coarse-graining" sistematiche oltre che a metodi usati per la simulazione del trasporto di cariche microscopiche in semiconduttori disordinati.

csg è il motore per "coarse-graining" di VOTCA.

DL_POLY Classic is a general purpose (parallel and serial) molecular dynamics simulation package.