CASTEP

安装版本：2017

软件介绍

CASTEP(Cambridge Sequential Total Energy Package)是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序。总能量包含动能、静电能和交换关联能三部分，各部分能量都可以表示成密度的函数。

更多详情

软件类型限制开源软件，对于英国研究人员免费，其他地区收费；开发者：Castep Developers Group
软件主页 http://www.castep.org/
主要功能
  1. 任务类型：计算总能量、力和张量，包含或不包含内部/外部束缚的几何结构放松，NVE/NVT/Langevin分子动力学，过渡态搜索，弹性系数，用线性响应理论计算声子频率。 CASTAP有三种任务， 即单个点的能量计算，几何优化或分子动力学。可提供这些计算中的每一个以便产生特定的物理性能。性质为一种附加的任务，允许重新开始已完成的计算以便产生最初没有提出的额外性能
  2. 功能：智能选择关键参量（基组，FFT网格，K-点，收敛阈值……），选择局域和非局域交换-相关泛函，整个周期表的超软和常规赝势，显示能带结构、局域和部分态密度，计算含频介电函数和光学特性
  3. 任务控制与重新开始计算：选择并行化数据分配方案（k，G或k+G），选择CPU数量，指定服务器，监视几何优化的能量和梯度，升级结构，杀死远程服务器的任务，重新开始SCF，MD和几何优化
  4. 特性：紫外/可见光谱，Mulliken布居和电荷分析，键级分析，显示电荷、自旋以及形变密度，显示体特性的3D轮廓图和2D截面图，计算静态弹性常数，声子散射， 总态密度和态的投影声子密度，热动力学特性（生成热，自由能，焓，熵，Debye温度），材料缺陷的特性，显示能带，用3D形式显示体系的电荷密度和波函，宏观缺陷的特性（如断裂，晶粒边界）
  5. 其它：多个k-点，实空间或者倒空间的赝势表示，完全使用对称性减少k-点集合，SCF选项：DIIS，密度混合，smearing
  6. 可以很容易地设置自旋态，用于模拟磁性体系
  7. CASTEP计算固体材料的IR光谱

ABINIT

安装版本：7.10.2

最新版本：9.4.2

License：GPL

软件介绍

ABINIT的主程序使用赝势和平面波，用密度泛函理论计算总能量，电荷密度，分子和周期性固体的电子结构，进行几何优化和分子动力学模拟， 用TDDFT（对分子）或GW近似（多体微扰理论）计算激发态。此外还提供了大量的工具程序。程序的基组库包括了元素周期表1-109号所有元素。

更多详情

软件类型开源软件；开发者：Xavier Gonze; GNU General Public License
软件主页 https://www.abinit.org/
主要功能

可以计算很多物理属性：

计算倒格子中核与电子的总能量

  1. 计算使用平面波和赝势
  2. 总能量的计算使用密度泛函理论（DFT）
  3. 自洽场计算生成DFT基态，以及相关的能量和密度
  4. 程序可以使用多种不同的赝势
  5. 程序本身可以处理金属和绝缘体系
  6. 晶胞可以是正交或者非正交。计算可以输入任何对称性及相应的k-点集
  7. 电子体系可以用自旋极化和自旋非极化计算
  8. 总能量，力，张量和电子结构的计算可以考虑自旋-轨道耦合
  9. 能量可分解为不同的成分（局域势，XC，Hartree…）
  10. 计算内部电子本征值
  11. 230个空间群和1191个Shubnikov磁群的对称性分析

计算总能量和本征能量

  1. 用解析公式计算Hellman-Feynman力
  2. 计算应力
  3. 极化的计算
  4. 响应的计算
  5. 计算近似的和准确的磁化系数矩阵和介电矩阵
  6. 解析计算电子本征能量的导数
  7. 计算光学传导性
  8. Born有效电荷的能带分解，以及局域化张量的计算

激发态

  1. 用GW近似计算电离能和亲和能
  2. 用TDDFT计算原子和分子的（单重、三重）激发态和振荡强度

移动原子，改变晶胞参数

  1. 用不同的方法寻找平衡构型。可以同时优化晶胞参数。优化过程中如果需要的话，可以固定指定的晶胞参数，角度，或原子位置
  2. 有两种算法进行分子动力学计算
  3. 自动分析键长键角。原子坐标的格式支持用可视化软件XMOL显示

分析和图形工具

  1. 后期处理程序cut3d用于分析密度和势文件。它还可以改变文件格式，提取2D明面或者1D线。此外还可以分析波函文件
  2. 另一个后期处理程序aim，用于进行Bader的“原子中的分子”（AIM）密度分析
  3. 对可视化程序产生格式化数据：键结构（用XMGR显示），不同参数的总能量（用XMGR显示），电荷密度（3D轮廓线，先用cut3d，再用商业程序matlab；cut3d也可以产生2D密度图）
  4. 后期处理程序band2eps自动画出eps格式的声子散射曲线

CP2K

安装版本：2.5.1

最新版本：8.2

License：GPL

软件介绍

CP2K是运行最快的开源第一性原理材料计算和模拟软件, 可研究上千个原子的大体系, 广泛用于固体、液体、分子、周期、材料、晶体和生物系统的模拟.

更多详情

软件类型开源软件；开发者：马克斯-普朗克研究中心; License: GPL
软件主页 http://www.cp2k.org/
主要功能

第一原理电子结构计算

  1. DFT能量和力
  2. Hartree-Fock 能量和力
  3. Moeller-Plesset 二阶微扰理论(MP2) 能量和力
  4. 随机相位近似(RPA) 能量
  5. 周期边界条件
  6. 基集包括各种标准的Gaussian型轨道(GTOS), 赝势平面波(PW)以及Gaussian和平面波混合基(GPW/GAPW)
  7. 包括模守恒赝势、GTH、非线性核矫正赝势或者全电子计算
  8. CP2K中可以使用的交换关联泛函很多, 但并非每个基组都为相应的泛函进行了优化. 经常使用的泛函有LDA(PADE), BLYP以及PBE, 在CP2K的tests目录中有相应的优化基组. 此外, CP2K中也可以使用B3LYP、HSE等杂化泛函, 可以使用DFT-D3 等色散校正
  9. 通过DFT-D2以及DFT-D3模型进行色散矫正
  10. DFT+U
  11. 线性标度Kohn-Sham矩阵计算的稀疏矩阵和预筛选技术
  12. DIIS自洽场极小化
  13. 通过TDDFPT计算激发态
  14. CP2K中主要有两种SCF的收敛算法, 一种是基于轨道变换(OT)的算法, 一种是基于对角化(DIAG)的算法. 如果体系有较大带隙的, 如为半导体或者绝缘体等, 推荐使用OT算法, 收敛速度比较快.

分子动力学

  1. Born-Oppenheimer 分子动力学(BOMD)
  2. Ehrenfest 分子动力学(EMD)
  3. 初始波函数的PS外推
  4. 时间可逆的ASPC积分
  5. 近似Car-Parrinello如Langevin Born-Oppenheimer分子动力学

混合量子经典模拟(QM/MM)

  1. 用于估计QM和MM之间库仑相互作用的实空间多重网格方法
  2. 线性缩放静电耦合处理周期性边界条件
  3. 自适应QM/MM

Quantum Espresso

安装版本：5.1.1

最新版本：6.7

软件介绍

ESPRESSO意为“op(E)n (S)ource (P)ackage for (R)esearch in (E)lectronic (S)tructure, (S)imulation, and (O)ptimization”。Quantum-ESPRESSO软件包基于密度泛函理论，使用平面波基组和赝势。

更多详情

软件类型 开源软件；开发者：意大利理论物理研究中心
软件主页 http://www.quantum-espresso.org/
主要功能

基态计算

  1. 自洽场总能量，力，和张量
  2. 使用迭代对角技术，阻尼动力学，和共轭梯度进行能量最小化
  3. Kohn-Sham轨道
  4. Gamma点，k点取样，各种展宽技术（Fermi-Dirac，Gaussian，Methfessel-Paxton，Marzari-Vanderbilt）
  5. 模守恒赝势和超软赝势，PAW
  6. 交换关联泛函：LDA，GGA（PW91，PBE，B88-P86，BLYP），meta-GGA，精确交换泛函，杂化泛函
  7. LDA+U
  8. Berry相极化
  9. 自旋轨道耦合和非共线磁性
  10. 最大局域化函数

响应特性（密度泛函微扰理论）

  1. 声子频率，以及任意波矢的本征矢
  2. 完全声子色散，实空间的原子间力常数
  3. 平移和转动的声音求和规则
  4. 有效电荷和色散张量
  5. 电-声相互作用
  6. 三阶非谐声子寿命
  7. 红外和Raman交叉部分
  8. EPR和NMR化学位移

从头分子动力学

  1. Car-Parrinello分子动力学
  2. Born-Oppenheimer分子动力学

  1. 使用准牛顿BFGS条件的GDIIS
  2. 阻尼动力学
  3. 离子共轭梯度最小化
  4. 投影速度Verlet算法
  5. 过渡态和能量最小化
  6. Born-Oppenheimer NEB
  7. Born-Oppenheimer弦动力学