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。
功能:
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,Becke88,Perdew91,Gill96,Gilbert-Gill99,Handy -Cohen OPTX。关联泛函:VWN5,Lee-Yang-Parr,Perdew-Zunger81,Perdew86,Wigner, Perdew91。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. M?ller-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
减少计算量相对于々分子尺寸的标度,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ζ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ω 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
1. 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
基组:
1. 高斯基组
2. 赝势基组
3. 用户定义的基组和赝势
4. 基组重叠误差(BSSE)校正
QM/MM
1. 到CHARMM的接口
2. ONIUM
其他
1. Q-Chem的功能已经完全■整合到Spartan程序中,在图形用户界面下计算更容易
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