DebiChem Periodic Ab Initio Calculations packages

ABINIT è un pacchetto il cui programma principale permette di trovare l'energia totale, la densità di carica e la struttura elettronica di sistemi fatti da elettroni e nuclei (molecole e solidi periodici) nella teoria del funzionale della densità (DFT), usando pseudopotenziali e basi a onda piana.

ABINIT include anche opzioni per ottimizzare la geometria secondo le forze e le sollecitazioni della DFT, o per eseguire simulazioni molecolari dinamiche usando tali forze, o per generare matrici dinamiche, cariche di Born effettive e tensori dielettrici. Gli stati eccitati possono essere calcolati nella teoria del funzionale della densità dipendente dal tempo (per le molecole), o nella teoria della perturbazione a molti corpi (l'approssimazione GW). In aggiunta al codice principale di ABINIT, sono forniti diversi programmi di utilità.

Questo pacchetto contiene gli eseguibili necessari per effettuare i calcoli (gli pseudopotenziali non sono tuttavia forniti). Per un insieme di pseudopotenziali installare il pacchetto abinit-data.

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).

Codice Python per la teoria del funzionale di densità (DFT) basato sul metodo PAW (Projector-Augmented Wave) e l'ambiente ASE (Atomic Simulation Environment). Usa i metodi delle griglie uniformi nello spazio reale e delle griglie multiple, funzioni base centrate sugli atomi o onde piane.

OpenMX (Open source package for Material eXplorer) è un pacchetto di programmi per simulazioni su materiali a nanoscala basato su teorie funzionali di densità (DFT), pseudopotenziali a norma conservata e funzioni di basi pseudo-atomiche localizzate. Dal momento che il codice è progettato per la realizzazione di calcoli ab initio su larga-scala su computer paralleli, si prevede che OpenMX possa essere uno strumento utile e potente per la scienza dei materiali a nano-scala in un'ampia varietà di sistemi come biomateriali, nanotubi di carbonio, materiali magnetici e conduttori a nano-scala.

Quantum ESPRESSO (prima chiamato PWscf) è una suite integrata di sorgenti per calcoli di strutture elettroniche e modellazione di materiali alla nanoscala. È basato sulla teoria del funzionale densità, sulle onde piane e sui pseudopotenziali (sia a norma conservata, sia ultrasoft, sia PAW).

Tra le funzionalità vi sono:

• calcoli dello stato fondamentale e della struttura delle bande tramite sollecitazioni, forze ed energie totali autocoerenti di onde piane;
• pseudopotenziali a norma conservata e ultrasoft (Vanderbilt) separabili, PAW (Projector Augmented Waves);
• vari funzionali di scambio e correlazione, dalla LDA alle approssimazioni di gradiente generalizzato (PW91, PBE, B88-P86, BLYP) fino a funzionali meta-GGA, di scambio esatto (HF) e ibridi (PBE0, B3LYP, HSE);
• dinamica molecolare Car-Parrinello e Born-Oppenheimer;
• ottimizzazione strutturale che include stati di transizione e percorsi ad energia minima;
• magnetismo non collineare e accoppiamento spin-orbita;
• proprietà di risposta che includono frequenze di fononi e autovettori, cariche efficaci e tensori dielettrici, sezioni d'urto Raman ed infrarossi, spostamenti chimici EPR e NMR;
• proprietà spettroscopiche come l'eccitazione elettronica e le righe K ed L1 nello spettro di assorbimento ai raggi X (XAS, X-ray Absorption Spectra).

Wannier90 è un software per struttura elettronica che calcola funzioni di Wannier con localizzazione ottimale (MLWF). Funziona sopra ad altro software per struttura elettronica, come Abinit, FLEUR e PwSCF.

Questo pacchetto fornisce gli eseguibili di Wannier90.