量子化学计算机程序,量子化学

NWChem

安装版本：6.5 最新版本：6.8.1

License:Educational Communityc 2.0

软件介绍

NWChem是运行在高性能并行超级计算机和通常工作站集群上的计算化学软件，可以用在大多数计算平台上。 NWChem使用标准量子力学描述电子波函或密度，计算分子和周期性系统的特性，还可以进行经典分子动力学和自由能模拟。

软件类型开源软件 Educational Community license

软件主页http://www.nwchem-sw.org/index.php/Main_Page

主要功能NWChem支持从小分子体系到大分子体系或固体体系的理论计算。特别适合于需要同时使用多种理论工具进行研究的体系，高精度计算问题和需要考虑相对论效应的体系。分子的电子结构

相对论效应

赝势平面波电子结构

分子动力学

DNTMC，新的动力学核理论Monte Carlo模块，用于确定分子团簇的几率分布和蒸发率

Python，NWChem内植了Python程序语言，用户可以很容易地组合和控制NWChem的许多高级功能，进行复杂的操作

并行工具和库(ParSoft)

ADF

版本：2017.111

开发者：SCM.Inc

软件介绍

ADF包含多种尺度的计算化学方法与智能图形界面，在核物理、核工业、催化化学、无机化学、物理化学、材料化学、石化、OLED显示技术、电池、光谱等领域广泛应用。

软件类型商业软件；开发者：SCM.Inc

软件主页https://www.scm.com/

主要功能包含ADF、BAND、ReaxFF、DFTB、COSMO-RS、MOPAC及GUI等模块ADF模块是最先进的相对论方法，精确计算锕系、镧系等重金属体系

BAND模块用于精确处理表面溶剂化、分子体系的Unrestricted开壳层片段分析、0～3维周期性体系能量分解EDA、 ETS-NOCV 分析成键来源与电子在碎片轨道间的定量转移

、AIM、Laplacian电子密度、NMR、 核电子密度、单电子激发、电子自旋共振、外加匀强电场、外加磁场、薄膜半导体的介电常数

ReaxFF用于模拟介观尺度下的化学反应，以及有关的热力学、动力学性质

DFTB模块可以实现大体系、大时间尺度的包含化学反应的分子动力学模拟

SMO-RS对液体、气体、气液相平衡、液液相平衡等热力学问题进行预测。在离子液体中的应用非常广泛。支持用户自建分子库

MOPAC对大分子、镧系化合物等过渡金属化合物结构的精确预测非常有效

Gaussian

最新版本：16

开发者：Gaussian.Inc

软件介绍

Gaussian是做半经验计算和从头计算使用最广泛的量子化学软件，可以研究：分子能量和结构，过渡态的能量和结构，

化学键以及反应能量，分子轨道，偶极矩和多极矩，原子电荷和电势，振动频率，红外和拉曼光谱，NMR，极化率和超极化率，热力学性质，反应路径等。

软件类型商业软件；开发者：Gaussian.Inc

软件主页http://www.gaussian.com/

主要功能适合研究小分子体系与大分子体系(ONIOM方法)，可研究的主要功能包括以下几个方面：化学反应过程，如稳态及过渡态结构确定、反应热、反应能垒、反应机理及反应动力学

化合物稳态结构的确定，如中性分子、自由基、阴、阳离子等

分子各种性质，如静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、键级、电荷、极化率、电子亲和能、电离势、自旋密度、电子转移、手性等

热力学分析，如熵变、焓变、吉布斯自由能变、键能分析及原子化能等

S分子间相互作用，如氢键及范德华作用

激发态，如激发态结构确定、激发能、跃迁偶极矩、荧光光谱、磷光光谱、势能面交叉研究等

特色特别适合于有机分子反应机理研究，可以与GaussView搭配使用

OpenMolcas

最新版本：8.4

软件介绍

量子化学程序OpenMolcas可以用各种量子化学模型研究分子体系，从SCF/DFT到耦合簇，从RASSCF到包含动态电子相关处理的MR-CI或MS-CASPT2。

软件类型开源软件

软件主页http://www.molcas.org/

主要功能波函，能量，与特性

分子结构，振动频率，热动力学

激发态和电子光谱

环境影响

其它功能独立于平台的图形用户界面，用于显示轨道和密度

部分模块实现了并行化：Seward，SCF，Alaska，McKinley，MCLR和CC基本实现了线性或超线性加速

结合了到ACES II的界面，可以和该代码的全部耦合簇特性一起使用。同时也可在ACES II中使用MOLCAS中的积分和梯度程序

Cerius2系列的图形用户界面C2MOLCAS，可以简化输入，显示计算的MO，频率和优化结构

到Molden的接口，用于绘制分子轨道，显示几何优化和谐振分析的结果

格点显示程序MOLCASGV，基于OpenGL/Mesa，用于显示MOLCAS的分子的轨道、密度和密度差

用GRID_IT包计算分子轨道和密度格点文件，用于MOLCASGV，C2MOLCAS和GABEDIT显示

包含了MOPAC，HONDO等的功能

到LUCIA和LUCIAREL的接口(需要向作者索取LUCITA程序)，分别进行direct-CI和相对论双值群CI计算

Molpro

最新版本：2021.1

软件介绍

Molpro是国际上广泛使用的专业级电子结构量化计算软件。不同于其它的量子化学软件包，Molpro的重点是高精度计算，通过多参考CI，耦合簇和有关的方法，广泛处理电子相关问题。

软件类型商业软件，开发者：Peter Knowles and Hans-Joachim Werner

软件主页http://www.molpro.net/

主要功能生成收缩高斯基函数(s，p，d，f，g，h，i……)

有效芯势

多种单电子特性，如Lx2，Ly2，Lz2，LxLy……等

闭壳层和开壳层(自旋限制和非限制)自恰场

各种修正交换和相关势梯度的密度泛函理论

多组态自恰场，即二次收敛MCSCF方案

多参考组态相互作用MR-CISD及其变体：MR-CISD+Q，MR-ACPF，MR-AQCC。通过内部收缩方案，能够比常规多参考方法降低一至两个数量级的计算量

多参考二级、三级微扰理论(CASPT2/CASPT3)，以及MRCI+MRPT2耦合方法

Miller-Plesset微扰理论(MPn，n=2,3,4)，耦合簇(CCSD)，二次组态相互作用(QCISD)和闭壳层体系的Brueckner耦合簇(BCCD)

开壳层耦合簇理论

EOM-CCSD和CIS计算单重激发态

完全组态相互作用FCI

SCF，DFT，态平均MCSCF/CASSCF和MP2波函的解析能量梯度

MCSCF解析的非绝热耦合矩阵元素

能量优化价键波函和CASSCF波函的价键分析

MCSCF和MRCI波函的单电子跃迁特性，包括自旋-轨道耦合

MCSCF波函的一些双电子跃迁特性

布居数分析

轨道局域化

分布多极分析

自动几何优化

自动计算振动频率，强度和热动力学特性

跟踪反应路径

几何输出有xyz，MOLDEN和Gaussian格式；分子轨道和频率输出为MOLDEN格式

特色高精度耦合簇和多参考波函数方法

Materials Studio

开发者：BIOVIA.Inc

软件介绍

Materials Studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在PC上的模拟软件。它可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。 模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。

软件类型商业软件

软件主页http://accelrys.com/products/collaborative-science/biovia-materials-studio/

主要功能Materials Studio采用了大家非常熟悉的Microsoft标准用户界面，允许用户通过各种控制面板直接对计算参数和计算结果进行设置和分析。Materials Studio软件主要包括如下功能模块：Materials Visualizer：图形化界面，提供Perl 语言环境，以及脚本编写

COMPASS II: 基于量子力学方法，并且能够对凝聚态体系进行原子尺度模拟研究的力场。OMPASS 可在一个很大的温度、压力范围内，精确地预测多种单分子及其凝聚态的结构、构象、振动及热物理性质

Amorphous Cell: 允许对复杂的无定型系统建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测

Reflex: 模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱

Reflex Plus: 在Reflex标准功能基础上加入了已被广泛验证的Powder Solve技术。Reflex Plus提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具

Equilibria: 可计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的相图，溶解度作为温度、压力和浓度的函数也可同时得到，还可计算单组分体系的virial系数

DMol3: 独特的密度泛函(DFT)量子力学程序，可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程序，应用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域

CASTEP: 量子力学程序,可研究：晶体材料的性质、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构、晶体的光学性质、点缺陷性质、扩展缺陷、体系的三维电荷密度及波函数等

ONETEP：针对大体系(>500 原子) 研究的量子力学程序。模拟计算的时间与体系的大小成线性关系。其应用范围主要包括表面化学、大分子体系及其它复合材料、纳米材料以及半导体、陶瓷材料缺陷等

DFTB+：可以对数千个原子体系进行模拟研究，为解决电子、催化、化工等领域中各种复杂体系及复杂过程的相关问题提供一种新的模拟方法

Forcite Plus：分子力学和分子动力学模拟程序。可以对分子、表面或三维周期性材料体系进行快速的能量计算、 几何优化以及各种系综下的动力学模拟研究，可以分析材料体系的各种结构参数、热力学性质、力学性质、动力学性质以及统计学性质

GAMESS

最新版本：Sep 30, 2020 R2

软件介绍

从头计算量子化学程序。可以从RHF，ROHF，UHF，GVB和MCSCF计算波函，其中一些使用CI和MP2修正。自恰场的解析梯度用于自动几 何优化，过渡态寻找，跟踪反应路径。

能量hessian的计算允许预测振动频率。可以计算大量的分子特性，从简单的偶极矩到含频率超级极化率。内部储存了大量基组和有效芯势，分子中可以包含到Ra的所有元素。几个图形程序用于显示最终结果。支持并行计算。

软件类型开源软件，开发者：Prof. Mark Gordon and his group商业软件

软件主页http://www.msg.chem.iastate.edu/gamess/

主要功能计算RHF，UHF，ROHF，GVB或MCSCF自恰场波函

计算自恰场能量的CI或MP2修正

半经验MNDO，AM1或PM3波函计算

对所有自恰场波函计算解析能量梯度

使用能量梯度，按照笛卡尔或内坐标优化分子结构

寻找势能曲面和鞍点

计算能量hessian，得到简正模式，振动频率和红外强度

追踪反应路径

计算辐射跃迁特性

计算自旋-轨道耦合波函

计算以下分子特性：

偶级、四极、八极距

静电势

电场和电场梯度

电子密度和自旋密度

Mulliken和Lowdin布居数分析

维里定理和能量成分

模拟溶剂影响，使用：

有效片断势(EFP)

极化连续模型(PCM)

自恰反应场(SCRF)

产生Hondo，Meldf，Gamess-UK，Gaussian 9x的输入文件

自旋-轨道组态相互作用计算

自旋-轨道多组态准简并微扰理论(SO-MCQDPT)

结合Tinker，进行QM/MM计算

耦合簇，包括：CCD，CCSD，CCSD(T)，R-CC和CR-CC

在MCSCF轨道优化的CI步骤中，可以使用限制占据的多个活性空间(ORMAS)，它比FORS (CAS-SCF)使用的行列式

WIEN2K

最新版本：21.1

软件介绍

WIEN2k软件包可提供友好的网页终端操作环境(w2web), 实现简洁明快的作业生成、修改、递交和管理。

WIEN2k使用增强平面波和局域轨道计算晶体性质。线性平面波(L)APW被认为是密度泛函理论中电子结构计算的最准确的方法之一。

软件类型开源软件；开发者：维也纳技术大学材料化学研究所

软件主页http://susi.theochem.tuwien.ac.at/

模块功能WIEN2K由一系列脚本工具和各个功能模块的源文件组成. SRC开头的目录为各个功能模块的源文件和相对应的Makefile文件, 编译完成后, 不同的功能形成不同的可执行模块,

然后通过一系列的C-Shell脚本来调用这些模块. 模块功能如下:LAPW0: 根据给定的电子密度来计算势

LAPW1: 计算本征值和波函数

LAPW2: 根据LAPW1计算出的波函数来计算电子密度

LCORE: 计算原子区域内的波函数和电子密度

MIXER: 混合输入输出的电子密度

其中LAPW1与LAPW2所开销的时间占整个过程的95%, 因此在并行中只考虑将LAPW1与LAPW2这两部分并行化. WIEN中的这两个模块的并行是根据K-point来分配计算量

主要功能能带和态密度

电子密度和自旋密度、X射线结构因子

总能量、作用力、平衡结构、结构优化、分子动力学

声子, 与PHONON程序有接口

电场梯度、异构体位移、超精细场

自旋极化(铁磁性和反铁磁性结构)、自旋-轨道耦合

Ｘ射线发射和吸收谱、电子能量损失谱

光学性质

费米面

LDA、GGA、meta-GGA、LDA+U、轨道极化

中心对称和非中心对称晶格、230个内置的空间群

图形用户界面和用户指南

ORCA

版本：4.0

软件介绍

ORCA是从头计算、DFT和半经验的从头电子结构SCF-MO程序包，可以处理环境的影响和相对论效应，特别着重于开壳层分子的光谱计算。

可以进行几何优化计算，以及预测大量的不同理论级别的光谱参数。除了可以使用Hartree-Fock理论以外，还可以使用密度泛函理论(DFT)，

半经验方法，以及基于组态相互作用和耦合簇(即将加入)的高级别从头计算量子化学方法。

软件类型

软件主页https://orcaforum.cec.mpg.de/

主要功能半经验的AM1，PM3，ZINDO(包括ZINDO/S，ZINDO/1，ZINDO/2)，NDDO(包括NDDO/1，NDDO/2)，MNDO

Hartree-Fock(RHF，UHF，ROHF，CASSCF)

DFT(RDFT，UDFT，RODFT)，包括大量的交换、关联泛函(HFS，LSD/LDA，VWN3，VWN5，PWLDA，BP86，BLYP，OLYP，XLYP，PBE，RPBE，REVPBE，PW91，GLYP，PWP，等)，

以及杂化泛函(B1LYP，B3LYP，B3LYP/G，PBE0，X3LYP，O3LYP，B1P，B3P，B3PW)

高阶的从头计算方法(MP，CI，CEPA)，着重于MR-CI型的多参考方法用于基态和激发态的计算

耦合对程序(CISD，CEPA，QCISD，CCSD)

自旋-轨道CI程序

读入自定义的点电荷，可以接到其它的QM/MM程序

BDF

License: 私有

软件介绍

BDF支持非相对论、二分量、四分量相对论的密度泛函程序包，可以使用多种非相对论泛函和相对论泛函。最新的BDF程序包拥有优化的高斯积分求解器，可以实现原子轨道积分的快速计算。

软件类型开发者：刘文剑，黎乐民，王繁，索兵兵，雷依波等；License: 私有

软件主页http://old.chem.pku.edu.cn/lwj/#

主要功能原子轨道积分快速求算

低标度DFT方法

固体NMR计算

ABACUS

最新版本：2.0.1

软件介绍

ABACUS是一款开源的第一性原理计算功能软件，由中国科学技术大学和中国科学计算机网络信息中心联合研发。

软件类型开源软件

软件主页http://abacus.ustc.edu.cn/

主要功能使用具有局部密度或广义梯度近似(LDA / GGA)的Kohn-Sham(KS)密度泛函理论(DFT)进行基态总能量计算

使用CG和BFGS方法进行结构松弛

使用Grimme DFT-D2方案的半经验范德瓦尔斯能量校正

使用Nose-Hoover进行NVT分子动力学模拟

Q-CHEM

最新版本：5.4

软件介绍

Q-CHEM电子结构从头计算程序，可以对分子的基态和激发态进行第一定律计算。

软件类型商业软件

软件主页http://www.q-chem.com/

主要功能基态自洽场方法

基于波函的电子关联处理

激发态方法

特性分析

基组

QM/MM

FHI-aims

软件介绍

FHI-aims使用全电子的数值原子轨道和全势，进行分子、固体的从头电子结构模拟。

软件类型商业软件

软件主页https://aimsclub.fhi-berlin.mpg.de/

主要功能数值的原子中心基组，支持1-102号元素, 计算精度从最快的定性，到毫电子伏级别的总能量

大规模并行：从桌上电脑到上万个CPU的无缝并行

效率：全电子的计算精度只有平面波-赝势级别的计算量，支持上千个原子

分子和固体的密度泛函理论(LDA和GGA，包括自旋极化)：总能量，分子间的力，结构优化，Born-Oppenheimer分子动力学，振动和声子色散(有限差分)

DFT之上的交换-关联(目前仅用于非周期结构)：Hartree-Fock和杂化泛函；MP2；随机相近似(RPA)；GW近似

可用的交换-关联处理。LDA：Perdew/Wang (1992)，Perdew/Zunger (1981)，Vosko/Wilk/Nusair (1980)；GGA：AM05，BLYP，PBE，PBEsol，RPBE，revPBE；mGGA + 非局域DFT(仅在SCF之后)：M06-2x，Langreth-Lundqvist；

杂化泛函：B3LYP，HSE03，HSE06，PBE0，PBEsol0；Tkatchenko-Scheffler范德华校正；局部束缚密度泛函理论(仅非周期体系)

输出：电子密度，Kohn-Sham轨道，能带结构，态密度等