各计算材料软件的优势

MaterialsStudio是ACCELRYS公司专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在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。支持Windows98NTUnix以及Linux等多种操作平台的MaterialsStudio分析有机、无机晶体、无定形材料以及聚合物。多种先进算法的综合运用使MaterialStudio成为一个强有力的模拟工具。XClient-Server结构还是的计算机可以在网络中任何一台装有NT、Linux或Unix操作系统的计算机上进行，从而最大限度的运用了网络资源。ACCELRYS的软件使任何的研究者都能达到和世界一流工业研究部门相一致的材料模拟的能力。模拟的内容囊括了催化剂、聚合物、固体化学、结晶学、晶粉衍射以及材料特性等材料科学研究领域的主要课题。MaterialsStudio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。目前，MaterialsStudio软件包括如下功能模块：环境和分析工具以及支持MaterialsStudioMaterialsStudio产品系列的核心模块。Discover:MaterialsStudio力学轨迹等。构、构象、振动以及热物理性质。过观察系统结构和性质之间的关系，可以对分子的一些重要性质有更深入的了解，从而设计出更好的新化合物和新配方。可以研究的性质有：内聚能密度(CED)、状态方程行为、链堆砌以及局部链运动等。模拟晶体材料的X精修等工具。是对ReflexReflex标准功能基础上加入了已被广泛验证的PowderSolve技术。ReflexPlus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。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。适用领域包括石油及天然气加工过程(如凝析气在高压下的性质)、石油炼制(重烃相在高压下的性质)(产物控制)(作为温度和浓度的函数的不同溶剂的溶解度)。DMol3:独特的密度泛函(DFT)量子力学程序，是唯一的可以模拟气相、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。可用于研究均相催化、多相催化、分子反应、分子结构等，也可预测溶解度、蒸气压、配分函数、熔解热、混合热等性质。CASTEP:晶体材料的性质(半导体、陶瓷、金属、分子筛等)、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构(能带及态密度)、晶体的光学性质、点缺陷性质(如空位、间隙或取代掺杂)()MaterialsStudio软件的优点：1、MaterialsStudio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。支持Windows98、2000、NT、Unix以及Linux等多种操作平台。2、MaterialsStudio软件采用灵活的Client-Server结构。其核心模块Visualizer运行于客户端PC，支持的操作系统包括Windows982000NT;计算模块(如Discover)3、Amorphous，Equilibria，DMol3，CASTEP等)运行于服务器端，支持的系统包括Windows2000、NT、SGIIRIX以及RedHatLinux。4、投入成本低，易于推广。浮动许可(FloatingLicense)机制允许用户将计算作业提交到网络上的任何一台服务器上，并将结果返回到客户端进行分析，从而最大限度地利用了网络资源，减少了硬件投资。用密度泛函理论（DFT）计算固体的电子结构。它基于键结构计算最准确的方案——完全势能(线性)增广平面波((L)APW)+局域轨道(lo)方法。在密度泛函中可以使用局域(自旋)密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA)WIEN2000使用全电子方案，包含相对论影响。2、键能和态密度，电子密度和自旋密度，X射线结构因子，Baders的“分异构体位移，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，电子能量损失谱计算固体的光学特性。3、费米表面。4、LDA，GGA，meta-GGA，LDA+U，轨道极化。5、中心对称和非中心对称晶格，内置230个空间群。6、图形用户界面和用户指南。7、友好的用户环境W2web(WIENtoWEB)可以很容易的产生和修改输入文件8、帮助用户执行各种任务(如电子密度，态密度等。平台：Unix/Linux。Gaussian是目前计算化学领域内最流行、应用范围最广的商业化量子化学计算程序包。Gaussian软件的出现降低了量子化学计算的门槛，使得从头计算同的版本。到目前为止，Gaussian已经推出了12个版本，包括Gaussian70、Gaussian76Gaussian80Gaussian82Gaussian86Gaussian88Gaussian90、Gaussian92、Gaussian92/DFT、Gaussian94、Gaussian98、Gaussian03等，其些版本的修订版。目前最新的版本是Gaussian03RevisionD.01/D.02。Gaussian程序是用FORTRAN语言编写的，它从量子力学的基本原理出发，Gaussian的并行模式是采用OpenMP来实现的。OPENMP的并行实现是针对共享内存的机器的，实现方法简单。因此Gaussian在共享内存的机器上，能获得Gaussian使用TCPLindaTCPLinda是一个虚拟共享内存的并行执行环境，它可以把一个通过网络连接的分布Gaussian这样的用OPEN子轨道。因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。Gaussian03介绍Gaussian03在化学、化工、生物化学、物理化学等化学相关领域方面的功能都进行了增强。1、研究大分子的反应和光谱Gaussian03对ONIOM()，可以研究有机体系的反应机制，表面和表面反应的团簇模型，有机物光化学过程，有机和有机金属化合物的取代影响和反应，以及均相催化作用等。ONIOM;高效的ONIOM频率计算;ONIOM对电、磁性质的计算。当没有X-射线结构可以利用时，研究新化合物的构像是相当困难的。NMR光谱的磁屏蔽数据提供了分子中各原子之间的连接信息。自旋-自旋耦合常数可用来帮助识别分子的特定构像，因为它们依赖于分子结构的扭转角。除了以前版本提供的NMR屏蔽和化学位移以外，Gaussian03还能预测自旋-自旋耦合常数。通过对不同构像计算这些常数，并对预测的和观测的光谱做比易。Gaussian03(PBC)模拟周期性体系，例如聚合物和晶体。PBC技术把体系作为重复的单元进行模拟，以确定化合物的结构和整体性质。例如，Gaussian03可以预测聚合物的反应，包括分解，降解，燃烧等。Gaussian03还可以模拟化合物的能带隙。PBC(1)二维PBC方法可以模拟表面化学，例如在表面和晶体上的反应。用同样的基组，Hartree-Fock或DFT理论方法还可以用表面模型或团簇模型研究相同的问题。Gaussian03使得对研究的问题可以选择合适的(2)三维PBC：预测晶体以及其它三维周期体系的结构和整体性质。Gaussian03可以计算各种光谱和光谱特性。包括：IR和Raman;预共振Raman;紫外-可见;NMR;振动圆形二色性(VCD);电子圆形二色性(ECD);旋光色散(ORD);谐性振-转耦合;非谐性振动及振-转耦合;g张量以及其它的超精细光谱张量。5、模拟在反应和分子特性中溶剂的影响在气相和在(不同溶剂的)化学反应具有不同的路径。Gaussian03提供极化连续介质模型(PCM)，用于模穴中。Gaussian03的PCM功能包含了许多重大的改进，扩展了研究问题的范围：;NMR以及其它的磁性能;用能IR和Raman;极化率和超极划率;执行性能上的改善。G03W的界面和G98WG98W的用户不需要重新熟悉界面。Gaussian新增内容对ONIOM(MO:MM)计算支持电子嵌入，可以在QM区域的计算中考虑MM区域的电特性。通过算法的改善，ONIOM(MO:MM)对大分子(如蛋白质)靠。ONIOM(MO:MM)能够计算解析频率，ONIOM(MO:MO)的频率计算更快。提供对一般分子力场(MM)的支持，包括读入和修改参数。包含了独立的MM优化程序。默认是IEFPCMSCRF成技术。模拟溶液中的很多特性。可以对Klamt的COSMO-RS程序产生输入，通过统计力学方法，用于计算溶解能，配分系数，蒸汽压，以及其它整体性质。增加了PBC模块，用于研究周期体系，例如聚合物，表面，和晶体。PBC模Schrodinger方程。周期体系可以用HF和DFT研究能量和梯度;两个主要近似：Born-Oppenheimer分子动力学(BOMD),对势能曲面的局域二次近似计算经Hessian10倍以上。还可以使用解析二级导数，BOMD能够用于所有具有解析梯度的理论方法。提供原子中心密度矩阵传播(ADMP)分子动力学方法，用于Hartree-Fock和DFT。吸取了Car和Parrinello的经验，ADMP传递电子自由度，而不是求解每个核结构的SCF方程。与Car-ParrinelloADMP传递密度矩阵而不是MO。如果使用了原子中心基组，执行效率会更高。这一方法解决了Car-Parrinello存在的一些限制，例如，不再需要用D代替H以获得能量守恒，纯DFT和混合DFT均可使用。ADMP也可以在溶剂存在的情况下执行，ADMP可以用于ONIOM(MO:MM)计算。激发态计算方面做了增强。由于改善了在完全组态相互作用计算中求解CICASSCF14个轨道(频率计算仍是8个)。限制活性空间(RAS)的SCF方法。RASSCF把分子轨道分成五个部分：最低的占据轨道(计算中作为非活性轨道考虑)，计算中作为双占据的RAS1空间，包含对所研究问题非常重要分子轨道的RAS2RAS3轨道(计算中做冻结处理)。因此，CASSCF在RAS计算中分成三个部分，考虑的组态通过定义RAS1空间允许的最少电子数和RAS3三个RAS空间电子总数来产生。NBO轨道可用于定义CAS和RAS活性空间。对于对应成键/孤对电子的反键轨道可以提供相当好的初始猜测。对称性匹配簇/组态相互作用(SAC-CI)方法，用于有机体系激发态的高精度计算，研究两个或更多电子激发的过程(例如电离谱的扰动)，以及其它的问题。CIS，TD-HF和TD-DFT的激发态计算中可以考虑溶剂影响。2、新的分子特性(1)自旋-自旋耦合常数，用于辅助识别磁谱的构像。(2)g张量以及其它的超精细光谱张量，包括核电四次常数，转动常数，四次离心畸变项，电子自旋转动项，核自旋转动项，偶极超精细项，以及Fermi接触项。所有的张量可以输出到Pickett的拟合与光谱分析程序。(3)谐性振-转耦合常数。分子的光谱特性依赖于分子振、转模式的耦合。可用于分析转动谱。(4)非谐性振动及振-转耦合。通过使用微扰理论，更高级的项可以包含到频率计算中，以产生更精确的结果。(5)预共振Raman息。(6)旋光性以及旋光色散，通过GIAO计算，用于识别手性体系的异构体。(7)电子圆二色性(ECD)-紫外区域的差异ECD数据和归属峰位，(8)含频极化和超极化，用于研究材料的分子特性随入射光波长的变化。(9)用量度无关原子轨道(GIAO)研究分子的顺磁/反磁特性。(10)预测气相和在溶剂中的电、磁特性和光谱。(1)更好的初始轨道猜测。Gaussian03使用Harris泛函产生初始猜测。这个泛函是对DFTGaussian98对有机体系有所改善，对金属体系有明显改善。(2)新的SCF数的不收敛情况，Gaussian03提供了Fermi展宽和阻尼方法。(3)纯DFT对中等体系的纯DFT计算可以极大地提高计算效率，而又不损失多少精度。Gaussian03可以对AO基自动产生合适的拟合基，也可以选择内置的拟合基。(4)更快的自动FMM(纯DFT约100个原子，混合DFT约150个原子)。(5)对纯DFT使用更快的库仑能算法，节省库仑问题的CPU时间。(6)O(N)更精确的交换能量项。在Hartree-Fock和DFT计算中，通过删除密度矩阵的零值项来屏蔽精确的交换贡献。这可以节省时间，而又不损失精度。4、新增功能：(1)OPTXPBE和B95VSXC和HCTHB1及其变体B98，B97-1，B97-2，PBE1PBE混合泛函。(2)高精度能量方法：G3及其变体，W1方法。另外还包含W1BD，它用BD代替耦合簇，比CBS-QB3和G3更精确，当然计算也更加昂贵。(3)对重元素全电子基组计算的Douglas-Kroll-Hess标量相对论修正，用于当ECP基组不能满足精度的情况。(4)逼近基组极限的UGBS基组。SIESTA(SpanishInitiativeforElectronicSimulationswithThousandsofAtoms)：SIESTA是一种实现电子结构计算和第一性原理分子动力学模拟的程序，同时也是一种实现的方法。软件功能：SIESTASIESTA使用标准的Kohn-Sham自恰密度泛函方法，结合局域密度近似(LDA-LSD)或广义梯度近似(GGA)(Kleinman-Bylander)的标准守恒(LCAO)。它允许任意个角动量，多个zeta，极化和截断轨道。计算中把电子波函和密度投影到实空间网格中，以计算Hartree和XC势，及其矩阵元素。除了标准的Rayleigh-Ritz本征态方法以外，标度，因而可以在一般的工作站上模拟几百个原子的体系。程序用Fortran90程序可以编译为串行和并行模式。软件主要有以下功能:l通过过滤或移到原子格点的方法平滑“蛋箱效应”lHF和混和泛函Siesta3.0新增功能：1.功能增強：TranSiesta功能;主程序模块化;计算COOP/COHP/PDOS曲线;;蛋箱结构的影响。2.denchar;新的检查蛋箱脚本;赝势文件解释器;加入新的STM-图像代码;Python、Matlab、Octave语言的脚本工具。3.新的功能：更灵活的产生基组选项;正确处理带电表面;Ordejon-Mauri线性标度泛函支持奇数电子;PBEsol和Wu-Cohen泛函;优化的增强;新的分子力学框架，包括Grimme型vdW;任意k点。VASP是使用赝势和平面波基组，进行从头量子力学分子动力学计算的软件包，它基于CASTEP1989版开发。VAMP/VASP中的方法基于有限温度下的局域密度近似(用自由能作为变量)以及对每一MD步骤用有效矩阵对角方案和有效Pulay混Car-Parrinello方法存在的一切问题，而后者是基于电子、离子运动方程同时积分的方法。离子和电子的相互作用超缓Vanderbilt赝势(US-PP)或投影扩充波(PAW)方法描述。两种技术都可以相当程度地减少过渡金属或第一行元素的每个原子所必需的平面波数VAMP/VASP功能一、VASP程序的亮点：1VASP使用PAW方法或超软赝势，因此基组尺寸非常小，描述体材料一般需要每原子不超过100个平面波，大多数情况下甚至每原子50个平面波就能得到可靠结果。2VASP中，三次标解势的非局域贡献，并使正交化的次数最少。当体系具有大约2000个电子能带VASP可用于直到4000个价电子的体系。3VASP使用传统的自洽场循环计算电子基态。这一方案与数值方法组合会Kohn-Sham角化方案(RMM-DISS和分块Davidson)可能是目前最快的方案。4、VASP包含全功能的对称性代码，可以自动确定任意构型的对称性。5Monkhorst-PackBrillouin区的积分使用模糊方法或四面体方法。四面体方法可以用Blöchl校正去掉线性四面体方法的二次误差，实现更快的k点收敛速度。二、VASP5.2的新功能：1、大规模并行计算需要较少的内存。2、加入新的梯度校正泛函AM05和PBEsol;用标准PBEPOTCAR文件提供新泛函;改善了单中心处理。3、离子位置和格矢中加入有限差分，从而得到二阶导，用于计算原子间力常数和声子(需要超晶胞近似)，和弹性常数。计算中自动考虑对称性。4、离子位置和静电场中加入线性响应，从而得到二阶导，用于计算原子间力常数和声子(需要超晶胞近似)Born(电子和离子贡献)，内应变张量，压电张量(电子和离子贡献)。线性响应只能用于局域和半局域泛函。5Hartree-Fock方法;PBE0和HSE06;屏蔽交换;(实验性的)简单模型势GW-COHSEX，用于经验的屏蔽交换内核;(实验性的)杂化泛函B3LYP。6GW的随机相近似。可用于局域，半局域，杂化泛函，屏蔽交换，和Hartree-Fock。7、完全含频GW，速度达到等离子极点模型：单发G0W0;在G和W中迭代本征矢直至自洽;(实验性的)迭代G(也可以选W)本征矢的自洽GW;(实验性的)对相关能使用RPA近似的GW总能量