Q-Chem量子化学软件的功能特征有哪些？

Q-Chem量子化学软件

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。

Q-Chem功能特征

新DFT功能选择

纵向冗余校验功能（Long-ranged-corrected (LRC) functionals）
Baer-Neuhauser-Livshits (BNL) functional
ωB97变异功能
限定的二位傅立叶变换(CDFT)
Grimme’s 实证差异校正

溶剂化模型

针对水和有机化合物的SM8模型（能源和分析梯度）
更新到翁萨格反应场（Onsager reaction-field）模型

分子间相互作用分析

SCF超临界与绝对本地化分子相互作用的分子轨道(SCF-MI）
紧接着SCF-MI的 Roothaan-step (RS)校正
能量分解分析（EDA）
互补虚拟对（COVP）的电荷转移分析
自动化的基础上组重叠误差（BSSE）计算

电子转移分析

G3Large的基础上设立过渡金属元素

新MP2选项

双基RIMP2能量和变化程度分析
O2能源和变化程度

新的基于波函数的计算方法，有利于激发态计算

SOS-CIS(D)能源激发态
SOS-CIS(D0)能源和变化程度激发态

QM/MM法

QM/MM全麻评估（hessian evaluation）
QM/MM移动麻块（MBH）评估
描述与高斯离域电荷的MM原子

波函数分析工具

计算机运作的本地化轨道的改进算法
分布式多极分析
分析Wigner intracule

其他特征

基态自洽场方法

1. Hartree-Fock方法
◆ 限制性，非限制性，和限制性开壳层形式
◆用于结构优化的解析一阶导数
◆用于谐振频率分析的解析二阶导数

2. 密度泛函理论
◆局域泛函和梯度校正泛函。交换泛函：Slater，Becke'88，Perdew'91，Gill'96，Gilbert-Gill'99，Handy -Cohen OPTX。关联泛函：VWN5，Lee-Yang-Parr，Perdew-Zunger'81，Perdew'86，Wigner， Perdew'91。EDF1交换-关联泛函。用户定义的交换-关联泛函。
◆HF-DFT混合泛函：B3LYP，B3PW91，B3LYP5，用户定义的混合泛函。
◆基于数值格点的数值积分方案：SG-0标准网格，SG-1标准网格，Lebedev和Gauss-Legendre 角向积分方案.
◆用于结构优化的解析一阶导数
◆用于谐振频率分析的解析二阶导数
3. 线性标度方法
◆傅立叶变换库仑方法
◆连续快速多极方法
◆线性标度HF交换方法
◆基于格点的线性标度积分，用于交换-关联泛函求值
◆线性标度NMR化学位移
4. AOINTS包用于双电子积分
◆结合了高性能积分技术的最新进展；COLD PRISM；J-矩阵引擎。
5. SCF改进
◆in-core和直接SCF的最优混合
◆DIIS
◆初始猜测方案：重叠球平均原子密度，广义Wolfsberg-Helmholtz，从小基组投影，芯哈密顿量的猜测
◆SCF波函的稳定性分析
◆最大重叠方法
◆Fock矩阵的直接最小化
◆极化原子轨道对分子优化的最小基

基于波函的电子关联处理

1. Mller-Plesset微扰理论
◆限制性，非限制性，和限制性开壳层形式
◆直接和半直接方法计算能量
◆半直接方法的解析梯度，用于限制性和非限制性形式
◆在MP3，MP4和MP4SDQ方法的解析梯度计算中处理冻芯轨道
2. 局域MP2方法
◆根据物理图象截断完全MP2的能量表达式，从而减少计算量减少计算量相对于分子尺寸的标度，近似为两倍，却不明显丢失精度。
◆应用外推PAO用于局域校正
◆可以使用分子中的双原子和分子中的三原子技术
3. RI-MP2
◆比MP2和局域MP2快十倍
4. 耦合簇方法
◆CCSD：能量，以及作为能量有限差分的梯度EOM-XX-CCSD；XX = EE, EA, IP, SF，能够灵活处理自由基，键的断裂，以及对称破缺问题
◆耦合簇能量的非迭代校正：三级校正CCSD(T)，三级和四级校正CCSD(2)
◆广泛应用分子点群对称性，以改善效率
◆二次双激发耦合簇
◆QCISD，QCISD(T)和QCISD(2)用于能量
◆DIIS用于收敛加速
◆冻芯近似，用于增加可处理体系的尺寸
5. 优化轨道的耦合簇方法
◆优化轨道的双激发耦合簇(OD)：可避免人为的对称破缺问题；优化平均场参考轨道使能量最小；Brueckner耦合簇；OD，OD(T)，和OD(2)的能量及梯度
◆优化价轨道的耦合簇方法(VOD)：传统CASSCF方法的耦合簇近似；在价活性空间利用截断的OD波函；比CASSCF有更少的磁盘空间需求和更小的体系标度，可处理较大体系；VOD，VOD(T)，VQCCD和VOD(2)的能量及梯度

激发态方法

1. 支持的计算类型
◆垂直激发吸收谱
◆通过激发态能量的有限差分，进行激发态的结构优化
◆UCIS和RCIS进行激发态的振动分析
◆自旋反转DFT
2. CIS方法
◆从Hartree-Fock基态波函计算激发态：获得定性的单电子激发态；结构与频率与基态Hartree-Fock结果有可比性
◆高效的直接算法用于计算闭壳层和开壳层体系的能量、解析梯度和二阶导数
◆XCIS用于二重和四重态计算
◆双激发微扰校正CIS(D)，可使CIS误差减少两倍或更多，接近于MP2
3. TDDFT
◆从Kohn-Sham基态波函计算激发态能量
◆对于低位价激发态，TDDFT比CIS有相当大的改善，但只有相近的计算量
◆提供激发态中关联效应的内在图像
◆自由基的低位价激发态，比CIS有相当大的改善
◆自旋反转密度泛函理论(SFDFT)：把TDDFT推广到低位价激发态之外；可用于键断裂的过程，以及自由基和双自由基体系。
4. 基于耦合簇的激发态方法
◆EOM-CCSD自旋反转激发态方法：改善了双、三自由基体系的处理；结合单行列式波函处理键断裂问题；◆可用于OD和CCSD理论级别
◆OOD方法：与CCSD激发态方法有几乎相同的数值性能；比TDDFT精度更高，到计算量更昂贵
◆EOM-VOOD方法：类似于EOM-CCSD，但使用VOOD方案
◆激发态特性计算：跃迁偶极矩和结构
5. 分解分析
◆显示电子跃迁的工具，用于把电子跃迁分类为价跃迁、Rydberg跃迁，混合跃迁，或电荷转换

特性分析

自动结构优化和过渡态优化

◆使用Jon Baker博士的OPTIMIZE程序包，用约化内坐标保证迅速收敛，避免初始力常数矩阵
◆具有一般约束的结构优化：可施加于键角，二面（扭转）角，或平面外的弯曲；直角坐标中冻结原子；◆约束不一定要加在初始结构上
◆优化使用笛卡尔，Z-矩阵或离域内坐标
◆本征矢跟踪算法，用于过渡态和最小化
◆GDIIS算法用于最小化：使到平衡结构的收敛获得极大加速
◆内反应坐标跟踪：沿着反应路径的连续平衡结构和过渡态
2. 振动光谱
◆自动调用解析和数值二阶导数
◆红外和拉曼强度
◆输出标准的统计热力学信息
◆同位素替换，用于与实验进行比较
◆非谐性校正
3. NMR屏蔽张量
4. 自然键轨道分析
◆使用NBO 4.0
5. Stewart原子
◆从分子密度重新获得原子特性
◆Q-Chem用单位分解方法计算这些值
6. 动量密度
7. Intracules
◆独特的双电子函数，提供分子中库仑能和交换能关于位置和动量的最详尽信息
8. 分子中的原子
◆利用免费的AIMPAC进行AIM分析
9. 溶解模型
◆简单的Onsager反应场模型
◆Langevin偶极模型
◆SS(V)PE：一种新的电解质连续模型
10.基于Dirac-Fock理论的相对论能量校正
11.对角绝热校正
◆计算Born-Oppenheimer对角修正，研究核与电子运动绝热距离的分解