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软件试用 MOLCAS—量子化学程序软件

软件简介


MOLCAS的重点在于多组态的量子化学计算,用于研究单组态不能给出电子结构合理描述的体系,例如激发态,化学反应的过渡态,重元素体系(过渡金属,镧系,锕系)等。MOLCAS的另一特点是多组态级别的相对论处理(标量相对论和自旋-轨道耦合),并提供专门为相对论计算设计的基组。

MOLCAS可用于计算分子结构,键能,化学反应的能垒,激发能(包括自旋-轨道耦合),振动分辨吸收光谱,以及各种分子特性等。MOLCAS可以用自洽反应场计算溶剂模型。新增加的QM/MM方法可用来计算大分子和分子簇。通过使用NEMO方法,MOLCAS还可以产生分子间作用力,用于MC/MD模拟。

软件功能


波函能量与特性
MOLCAS使用以下波函模型进行总能量,电子结构和分子特性的计算:
1. Hartree-Fock以及和DFT组合。使用直接或者半直接方案,可以处理一千个以上的基函数。
2. DFT有:LSDA,LDA,SVWN,LSDA5,LDA5,SVWN5,HFB,HFS,BLYP,B3LYP,B3LYP5,TLYP,XPBE。
3. Moller-Plesset二级微扰理论(闭壳层或限制性开壳层),可用于快速计算动态电子相关影响。
4. MCSCF(CASSCF或RASSCF)用于处理电子结构无法用单行列式描述的体系。态平均方法可以处理多个电子态。可以研究一百万个电子组态的波函。
5. 多参考二级微扰理论(CASPT2)可用于计算CASSCF电子态的动态电子相关能。可以用实能级移动或虚能级移动技术消除入侵态。还可以使用新的能级移动选项IPEAshift,它对开壳层体系不仅可以排除相关能的系统误差,还可以消除入侵态。CASPT2的多重态版允许参考态用有效哈密顿方法进行相关能修正。
6. CASSCF/RASSCF波函可与基于DFT的相关势方法组合,获得包含动态电子相关的多组态波函(CAS/RAS-DFT)。
7. 对于小分子,可以用多参考CI(MR-CI,包括MR-CISD,RAS-CI和MR-ACPF)方法产生高精度波函和能量。
8. 对于能够用单行列式很好描述的分子和原子团,可以用耦合簇方法(闭壳层和限制性开壳层的CCSD(T))研究。
9. 变分价键程序CASVB。
10. 能量和梯度可用于:Stoll-Dolg ECP基组的计算,全电子基组的标量相对论(二级Douglas-Kroll,Barysz-Snijders-Sadlej)计算,有限核近似。用Douglas-Kroll标量相对论修正,可以研究包括重金属原子(例如镧系和锕系)的体系。新的ANO-RCC基组可用于整个周期表元素的Douglas-Kroll标量相对论计算。
11. MCLR程序计算热力学特性,进行单个或两个同位素的取代计算。
12. 使用CNDO/INDO半经验哈密顿量进行3D能带计算。
13. 用Pipek-Mezey方案产生局域化轨道。

分子结构,振动频率,热动力学
1. 使用解析梯度技术的自动几何优化,可用于HF/DFT和RASSCF (RASDFT)波函。CASPT2结构可以用数值梯度程序获得。这些程序可用于获得基态和激发态的平衡结构,过渡态等。
2. 通过解析二阶导数,对RASSCF波函计算振动频率和热动力学量。
3. SLAPAF程序可用于寻找最小能量路径和内反应坐标,以及交叉点的最小能量交点。

激发态和电子光谱
MOLCAS特别为研究激发态势能曲面而设计:
1. 能量可以用所有的波函方法获得。几何优化也可以用于态平均RASSCF能量。
2. 在RASSCF级别,用RASSCF态相互作用方法计算跃迁特性。这是MOLCAS程序所特有的。这个代码还可使用有效单电子SO哈密顿量和所谓的原子平均场积分(AMFI),计算自旋-轨道耦合。增强版本的RASSI-SO通过计算振荡强度和爱因斯坦系数A获得RASSCF理论级别的荧光和磷光寿命。
3. 在RASSCF (RASDFT)级别的激发态势能曲面上自动搜索能垒,圆锥交叉点等。
4. 用MULA代码计算两个电子态谐振能级之间的跃迁偶极矩和振动跃迁的强度,获得振动分辨电子光谱。

环境影响
MOLCAS可处理溶剂中的分子和大分子体系:
1. 用Onsager球穴模型或极化连续介质模型(PCM)处理溶剂影响。
2. QM/MM方法可用于计算大分子体系,如蛋白质,分子簇等。ComQum代码可以把Molcas和Amber分子力学代码(需另外获得)组合进行QM/MM计算。
3. NEMO程序产生分子间作用力,用于MC/MD模拟。这些力场包括静电感应,色散和交换-排斥项。它们基于个别分子的计算。

其它功能
1. 到COLUMBUS的接口。
2. 独立于平台的图形用户界面,用于显示轨道和密度(尚在开发中)。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 包含了MOPAC,HONDO等的功能。
10. 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。

MOLCAS 新增功能:
1. 新模块GUESSORB:产生更好的初始轨道,用于SCF和RASSCF计算。目前只支持ANO型基组。
2. 重写了MULA程序,包含在MOLCAS的一般安装中。
3. 平台无关的GUI程序GV,用于显示轨道和密度。
4. 新的程序包LOCALIZATION用于根据Pipek-Mezey方案产生局域轨道。
5. 新的程序包BAND_CNDO用于半经验3D周期体系能带计算。
6. 新配置文件用于64位计算机,包括Itanium2,Opteron,G5。
7. RASSCF_NEW和RASSCF模块分别更名为RASSCF和RASSCF_OLD。
8. 加入新版本的GA库。
9. 几个代码的速度改善,包括LOPROP和DFT。
10. 广义数值梯度代码(CASPT2,SCF/DFT,RASSCF,MP2),包括数值梯度和解析梯度。
11. 改善MOLCAS的输入语言。
12. ANO-RCC基组库升级。
13. 显示程序GV支持结构操作。
14. 扩充了程序包LOCALIZATION。
15. 使用手册加入新的部分:基于问题的指南。
16.CASPT2加入一种新的能级移动。
17.RASSCf可以自动为线型分子保持高对称性。
18.自旋-轨道耦合计算可以打印高对称性的J态(原子)或Ω态(分子)。