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 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).

CPPTRAJ è un programma progettato per elaborare e analizzare traiettorie di dinamica molecolare e relativi insiemi di dati derivati dalla loro analisi. CPPTRAJ supporta molti popolari pacchetti di software per dinamica molecolare inclusi Amber, CHARMM, Gromacs e NAMD.

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.

Il pacchetto contiene varianti sia per l'esecuzione su una macchina singola sia per l'uso dell'interfaccia MPI su più macchine.

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.

ParmEd is a package designed to facilitate creating and easily manipulating molecular systems that are fully described by a common classical force field. Supported force fields include Amber, CHARMM, AMOEBA, and several others that share a similar functional form (e.g., GROMOS).

ParmEd is capable of reading and writing to a wide array of different file formats, like the Amber topology and coordinate files, CHARMM PSF, parameter, topology, and coordinate files, Tinker parameter, topology, and coordinate files, and many others. The expressive central data structure (the 'Structure' class) makes it easy to quickly and safely manipulate a chemical system, its underlying topology, and force field parameters describing its potential energy function.

There are two parts of ParmEd -- a documented API that one can incorporate into their own Python scripts and programs, and a GUI/CLI pair of programs that provides a means to quickly perform various modifications to chemical systems for rapid prototyping.

The API also provides bindings to the OpenMM library, permitting one to carry out full molecular dynamics investigations using ParmEd on high-performant hardware, like AMD and NVidia GPUs.

ProDy è un pacchetto Python libero e open source per analisi di struttura, dinamica e sequenze di proteine. Permette l'analisi comparativa e la modellazione di dinamiche strutturali e co-evoluzione di sequenze di proteine. L'API veloce e flessibile di ProDy è per l'uso interattivo e per lo sviluppo di applicazioni. ProDy viene fornito anche con diverse applicazioni di analisi e un'interfaccia utente grafica per l'analisi visuale.

VOTCA (Versatile Object-Oriented Toolkit for Coarse-Graining Applications) è un pacchetto di modellazione per l'analisi di dati di dinamiche molecolari, lo sviluppo di tecniche sistematiche a grana grossa e metodi usati per simulare il trasporto di cariche microscopiche in semiconduttori disordinati.

Numerosi pacchetti per dinamica molecolare, inclusi GROMACS, ESPREesSo e LAMPPS, ma non solo, possono essere usati insieme a VOTCA.

Questo pacchetto contiene programmi utente per il toolkit a grana grossa (CSG) e il toolkit di trasporto di eccitazione (XTP).

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