DebiChem Project
Periodic ab initio calculations
calcoli periodici ab initio per DebiChem

Questo metapacchetto installa i pacchetti che eseguono calcoli periodici ab initio che possono essere utili per i chimici.


For a better overview of the project's availability as a Debian package, each head row has a color code according to this scheme:

If you discover a project which looks like a good candidate for DebiChem to you, or if you have prepared an unofficial Debian package, please do not hesitate to send a description of that project to the DebiChem mailing list

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DebiChem Periodic ab initio calculations packages

Official Debian packages with high relevance

pacchetto per calcoli su strutture elettroniche
Versions of package abinit
Debtags of package abinit:
fieldchemistry, physics
Popcon: 16 users (12 upd.)*
Newer upstream!
License: DFSG free

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.

Please cite: X. Gonze, B. Amadon, P.-M. Anglade, J.-M. Beuken, F. Bottin, P. Boulanger, F. Bruneval, D. Caliste, R. Caracas, M. Côté, T. Deutsch, L. Genovese, Ph. Ghosez, M. Giantomassi, S. Goedecker, D.R. Hamann, P. Hermet, F. Jollet, G. Jomard, S. Leroux, M. Mancini, S. Mazevet, M. J. T. Oliveira, G. Onida, Y. Pouillon, T. Rangel, G.-M. Rignanese, D. Sangalli, R. Shaltaf, M. Torrent, M. J. Verstraete, G. Zerah and J. W. Zwanziger: ABINIT: First-principles approach to material and nanosystem properties. (eprint) Comput. Phys. Commun. 180(12):2582-2615 (2009)
Ab Initio Molecular Dynamics
Versions of package cp2k
Popcon: 15 users (19 upd.)*
Versions and Archs
License: DFSG free

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).

DFT e oltre usando il metodo Projector-Augmented Wave
Versions of package gpaw
Popcon: 36 users (10 upd.)*
Versions and Archs
License: DFSG free

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.

Please cite: J. J. Mortensen, L. B. Hansen and K. W. Jacobsen: Real-space grid implementation of the projector augmented wave method. (eprint) Physical Review B 71(3) (2005)
software per chimica computazionale ad alte prestazioni
Versions of package nwchem
Debtags of package nwchem:
Popcon: 9 users (8 upd.)*
Newer upstream!
License: DFSG free

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.
Please cite: M. Valiev, E.J. Bylaska, N. Govind, K. Kowalski, T.P. Straatsma, H.J.J. van Dam, D. Wang, J. Nieplocha, E. Apra, T.L. Windus and W.A. de Jong: NWChem: a comprehensive and scalable open-source solution for large scale molecular simulations. Comput. Phys. Commun. 181(9):1477-1489 (2010)
Screenshots of package nwchem
pacchetto per simulazioni su materiali a nanoscala
Versions of package openmx
Debtags of package openmx:
fieldchemistry, physics
Popcon: 5 users (4 upd.)*
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License: DFSG free

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.

Screenshots of package openmx
suite per strutture elettroniche e dinamiche molecolari ab initio
Versions of package quantum-espresso
Debtags of package quantum-espresso:
Popcon: 16 users (10 upd.)*
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License: DFSG free

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).
Please cite: P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G. L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, A. Dal Corso, S. Fabris, G. Fratesi, S. de Gironcoli, R. Gebauer, U. Gerstmann, C. Gougoussis, A. Kokalj, M. Lazzeri, L. Martin-Samos, N. Marzari, F. Mauri, R. Mazzarello, S. Paolini, A. Pasquarello, L. Paulatto, C. Sbraccia, S. Scandolo, G. Sclauzero, A. P. Seitsonen, A. Smogunov, P. Umari and R. M. Wentzcovitch: QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials. J. Phys. Condens. Matter 21:395502 (2009)
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