ABINIT http://www.abinit.org/

ABINIT的主程序使用贗勢和平面波, 用密度泛函理論計算總能量, 電荷密度, 分子和周期性固體的電子結構, 進行幾何優化和分子動力學模擬, 用TDDFT(對分子)或GW近似(多體微擾理論)計算激發態. 此外還提供了大量的工具程序. 程序的基組庫包括了元素周期表1-109號所有元素. ABINIT適于固體物理, 材料科學, 化學和材料工程的研究, 包括固體, 分子, 材料的表面, 以及界面, 如導體、半導體、絕緣體和金屬.

ADF http://www.scm.com/

ADF是專門作密度泛函計算的軟件. 包括ADF和BAND兩部分, ADF部分的簡介見下. BAND部分類似, 但專門用于計算周期性體系(晶體, 聚合物等). ADF-GUI和BAND-GUI分別在圖形界面下創建ADF和BAND的計算任務和圖形顯示結果.

ATOMISTIX TOOLKIT http://www.quantumwise.com/

Atomistix ToolKit (ATK)是一個能模擬納米結構體系和納米器件的電學性質和量子輸運性質的第一性原理電子結構計算程序. 對于所模擬的納米器件的電極, 它可以是納米管或金屬. 對于所模擬的納米結構體系, 它可以是兩種不同材料形成的界面區, 或界于兩個金屬表面之間的分子. ATK是由Atomistix公司在McDCal、SIESTA和TranSIESTA等電子結構計算程序包的基礎上根據現代軟件工程原理開發出來的第一個商用的模擬電子輸運性質的大型計算軟件, 它的前身是TranSIESTA-C.基于密度泛函理論, ATK實現了贗勢法和原子軌道線性組合方法等現代電子結構計算方法. 在此基礎上, 它利用非平衡格林函數方法來處理納米器件在外置偏壓下的電子輸運性質. 因此它能處理納米器件中的兩個電極具有不同化學勢時的情況,能計算納米器件在外置偏壓下的電流、穿過接觸結的電壓降、電子透射波和電子的透射系數等等. ATK也實現了自旋極化的電子結構計算方法, 因此它也可以處理納米器件中相關的磁性和自旋輸運問題. 除此之外, ATK也能進行傳統的電子結構計算, 處理孤立的分子體系和具有周期性的體系. 另外ATK也采用非常有效和穩定的算法來精確地計算原子所受的力并優化體系的幾何結構.

CP2K http://cp2k.berlios.de/

用于固態、液體、分子和生物體系的原子和分子模擬. 方法包括從第一定律密度泛函方法, 到參量化經典雙體、多體勢. 使用的交換-相關泛含有: 交換部分: Slater, VWN, Pade; Becke88, Perdew86, PBE; 相關部分: VWN, Pade; LYP, Perdew86, PBE, 其中自旋極化只用于Becke88. CP2k包含Quickstep, 使用高斯基和平面波混合基組, 對大體系進行線性標度的密度泛函計算.

QUICKSTEP http://cp2k.berlios.de/quickstep.html

Quickstep是使用高斯基和平面波混合基組的DFT程序, 用于研究復雜大體系(如液體, 晶體, 蛋白質, 界面, 等). 它既可以模擬靜態特性(如用TDDFT計算光譜, 總能量的導數特性), 也可以模擬動態特性(如基于分子動力學的彌散). Quickstep是CP2k的一部分.

CPMD http://www.cpmd.org/

密度泛函平面波贗勢代碼, 用于分子動力學從頭計算.

DL_POLY http://www.cse.scitech.ac.uk/ccg/software/DL_POLY/

DL_POLY是串行和并行分子動力學模擬軟件包. DL_POLY目前有兩個版本. DL_POLY_2是原始版本, 用復制數據的方法并行化, 適用于在100個處理器上模擬三萬個原子的情況; DL_POLY_3的并行化使用區域分解, 適用于在8至1024個處理器上,模擬百萬量級的原子. 對于一個DL_POLY許可, 同時提供兩個版本. DL_POLY還提供基于JAVA語言的圖形用戶界面.

ELK http://elk.sourceforge.net/

Elk是遵守GNU GPL協議的FP-LAPW代碼, 具有很多高級功能. 以前的名稱叫EXCITING.

FLAPW http://flapw.com/

QMD公司的完全勢線性綴加平面波(QMD-FLAPW)第一性原理量子力學軟件包, 是固體密度泛函理論迄今最準確的實現. QMD-FLAPW對二維和三維周期邊界條件的材料體系執行準確的理論計算. QMD-FLAPW適于研究金屬, 半導體和絕緣體,密堆積結構和開放結構, 可以處理周期表中的所有元素. QMD-FLAPW克服了DFT在激發態處理上的失敗. 自洽屏蔽交換LDA和模型GW選項為預測半導體和絕緣體帶隙提供了工程精度, 可以不需要添加參數, 完全基于從頭算法計算這些體系的光學光譜.

FLEUR http://www.flapw.de/fleur.html

完全勢線性綴加平面波(FLAPW)代碼. 這是一種密度泛函理論全電子方法, 普遍應用于周期表的全部原子和開殼層結構體系, 包括表面, 團簇和有機分子. 在固體物理中這是一種非常精確的電子結構方法, 甚至可以處理用贗勢方法難以處理的體系.

GULP http://www.ivec.org/GULP/

GULP可以對三維周期性固體, 氣相團簇和大體積材料中的孤立缺陷進行各種模擬. 通過使用殼模型, GULP還可以處理分子固體和離子材料. 與其它模擬程序不同的是, GULP對固體使用對稱性從而簡化輸入, 加速計算. 這會有一個數量級的改善. GULP現在已包含在Materials Studio軟件包中.

GAUSSVIEW http://www.gaussian.com/

GaussView是Gaussian的圖形用戶界面, 用于觀察分子, 設置和提交Gaussian計算任務, 顯示結果.

GAUSSIAN http://www.gaussian.com/

Gaussian是做半經驗計算和從頭計算使用最廣泛的量子化學軟件, 可以研究: 分子能量和結構, 過渡態的能量和結構, 化學鍵以及反應能量, 分子軌道, 偶極矩和多極矩, 原子電荷和電勢, 振動頻率, 紅外和拉曼光譜, NMR, 極化率和超極化率, 熱力學性質, 反應路徑. 計算可以模擬在氣相和溶液中的體系,模擬基態和激發態. Gaussian 03還可以對周期邊界體系進行計算. Gaussian是研究諸如取代效應,反應機理,勢能面和激發態能量的有力工具.

LAMMPS http://www.cs.sandia.gov/~sjplimp/lammps.html

一般性分子模擬軟件, 兼容當前大多數的勢能模型, 可以模擬軟材料和固體物理系統.

MAPS http://www.scienomics.com/

MAPS是一套模擬工具, 包括創建分子、周期結構和聚合物的模型, 高質量的OpenGL 3D顯示功能, 以及模擬工具. 在圖形用戶界面GUI中: 控制ABINIT任務, 進行周期體系的量子力學計算; 控制MNDO任務, 進行大分子體系的半經驗量子力學計算; 控制NAMD任務, 進行大分子體系的經典分子力學計算和分子動力學模擬; 控制Turbomole任務, 進行有限分子體系的高精度量子力學計算. 這些計算代碼已經連接到MAPS的圖形界面中, 可以選擇遠程服務器, 選擇處理器個數, 和進行任務管理. 即使是新手, 也可以迅速地創建分子或晶體模型, 設定計算, 預測重要的分子特性, 如分子結構, 電子和光學特性,甚至是模擬動力學現象, 如反應和分子動力學性.

MATERIALS EXPLORER http://us.fujitsu.com/biosciences, http://software.fujitsu.com/jp/materials-explorer/

Materials Explorer是FUJITSU公司的一款擁有強大的分子動力學計算功能的軟件包, 是結合應用領域來研究材料工程的有力工具. Materials Explorer可以用來研究有機物、高聚物、生物大分子、金屬、陶瓷材料、半導體等晶體、非晶體、溶液, 流體, 液體和氣體相變、膨脹、壓縮系數、抗張強度、缺陷等. Materials Explorer軟件中包含2Body, 3Body, EAM, AMBER等63個力場可供用戶選擇. Materials Explorer軟件擁有完美的圖形界面, 方便使用者操作.

NANO-SCALE DEVICE SIMULATION http://www.ciss.iis.u-tokyo.ac.jp/rss21/en/result/download/index.php

納米器件模擬程序包. 包含圖形集成環境CHASE-3PT, 基于第一性原理贗勢方法的能帶計算程序PHASE, 贗勢程序CIAO, 基于第一性原理贗勢方法的介電性質分析程序UVSOR, 完全勢全電子能帶程序ABCAP, 緊束縛模型程序FXZTX, 疏運性質分析程序ASCOT, 以及混合模擬程序CAMUS-FSIS, 等. 使用手冊為日文.

CHASE-3PT, Nano-scale Device Simulation程序包的圖形集成環境. 目前主要用于控制PHASE和相關的程序.

ABCAP, Nano-scale Device Simulation程序包的基于第一性原理的全電子能帶計算程序. 計算使用目前最準確的FLAPW方法, 可處理d-電子和f-電子體系. ABCAP在應用中澄清了很多關于材料的電性和磁性問題.

ASCOT, Nano-scale Device Simulation程序包的疏運性質分析程序, 用緊束縛模型和格林函數方法分析碳體系的疏運性質.可以計算傳遞系數和器件區域的態密度.

CAMUS-FSIS, Nano-scale Device Simulation程序包的混合模擬程序, 可以對大型硅材料的子體系在各種理論層次(第一性原理、緊束縛和分子力學)下進行模擬. 第一性原理區域使用PHASE.

CIAO, Nano-scale Device Simulation程序包的基于第一性原理的全電子原子軌道計算程序, 用fortran 90編寫, 可用于從全電子勢得到贗勢. 這些贗勢可用于第一性原理贗勢PHASE程序計算和量子疏運計算(即將在CHASE-3PT中提供). CIAO對電子態的算法與PHASE基本相同, 此外, CIAO還能求解PHASE不能解決的問題, 如自旋-軌道耦合態, 自旋極化相對論態, 以及軌道間的庫侖能.

FXZTX, Nano-scale Device Simulation程序包的緊束縛模型能帶計算程序.

PHASE, Nano-scale Device Simulation程序包的基于第一性原理贗勢方法的能帶計算程序.

UVSOR, Nano-scale Device Simulation程序包的介電性質分析程序. 程序基于第一性原理贗勢方法, 可以計算材料的電子介電函數和格子介電函數. UVSOR與PHASE共享輸入文件, 計算基于PHASE的輸出.

OCTOPUS http://www.tddft.org/programs/octopus/

激發電子-離子動力學的第一定律程序. 研究電子結構, 激發態動力學, 分子動力學等.

OPENMX http://www.openmx-square.org/

OpenMX是材料模擬程序包, 用于實現基于密度泛函理論的大標度從頭計算. 在DFT計算中有三個部分是相當耗時的: 求解哈密頓矩陣元素, 求解泊松方程, 以及對角化廣義久期方程. 而在OpenMX中, 根據計算量和內存, 幾乎可以用O(N)標度完成每一步. 此外對于大標度的計算, 還支持用MPI共享內存的并行計算, 每個節點都是動態分配內存. 因此OpenMX是涵蓋生物材料和復合材料的納米尺度材料科學中, 有用而強大的工具. 計算使用贗原子軌道和贗勢, 它們由ADPACK原子密度泛函程序計算產生.

PARSEC http://www.ices.utexas.edu/parsec/software/index.html

使用局域密度近似(LDA)的實空間網格電子結構計算代碼, 計算使用贗勢. 代碼可以用含時密度泛函理論計算局部體系的光學特性. 對于團簇, 可以進行從頭分子動力學計算. 代碼目前還不支持并行計算.

QUANTUM-ESPRESSO http://www.quantum-espresso.org/

ESPRESSO意為“op(E)n (S)ource §ackage for ?esearch in (E)lectronic (S)tructure, (S)imulation, and (O)ptimization”. Quantum-ESPRESSO軟件包基于密度泛函理論, 使用平面波基組和贗勢. 它包含以下代碼:

PWscf http://www.quantum-espresso.org/: 電子結構, 結構優化, 分子動力學, 振動特性和介電特性.

FPMD: Car-Parrinello可變晶胞的分子動力學程序. 它基于R. Car和M. Parrinello的原始代碼.

CP: Car-Parrinello可變晶胞的分子動力學程序. 它基于R. Car和M. Parrinello的原始代碼.

PWgui: 產生PWscf輸入文件的圖形用戶界面.

atomic: 用于原子計算和產生贗勢.

SIESTA http://www.icmab.es/siesta/

SIESTA用于分子和固體的電子結構計算和分子動力學模擬. SIESTA使用標準的Kohn-Sham自恰密度泛函方法, 結合局域密度近似(LDA-LSD)或廣義梯度近似(GGA). 計算使用完全非局域形式(Kleinman-Bylander)的模守恒贗勢. 基組是數值原子軌道的線性組合(LCAO). 它允許任意個角動量, 多個zeta, 極化和截斷軌道. 計算中把電子波函和密度投影到實空間網格中, 以計算Hartree和XC勢, 及其矩陣元素. 除了標準的Rayleigh-Ritz本征態方法以外, 程序還允許使用占據軌道的局域化線性組合.使得計算時間和內存隨原子數線性標度, 因而可以在一般的工作站上模擬幾百個原子的體系. 程序用Fortran 90編寫, 可以動態分配內存, 因此當要計算的問題尺寸發生改變時, 無需重新編譯. 程序可以編譯為串行和并行(需要MPI)模式.

SMEAGOL http://www.smeagol.tcd.ie/

Smeagol是基于密度泛函理論(DFT)和非平衡格林函數疏運方法(NEGF)的從頭電子疏運代碼, 用于計算原子標度器件的疏運特性. Smeagol用DFT作為主要的電子結構工具. 非周期開放體系在NEGF方案中用Kohn-Sham方程求解, 接下來從Landauer公式獲得電流. Smeagol目前使用SIESTA作為DFT平臺(需要另外申請).

VASP http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/

VASP是使用贗勢和平面波基組, 進行從頭量子力學分子動力學計算的軟件包, 它基于CASTEP 1989版開發. VAMP/VASP中的方法基于有限溫度下的局域密度近似(用自由能作為變量)以及對每一MD步驟用有效矩陣對角方案和有效Pulay混 合求解瞬時電子基態. 這些技術可以避免原始的Car-Parrinello方法存在的一切問題, 而后者是基于電子、離子運動方程同時積分的方法. 離子和電 子的相互作用超緩Vanderbilt贗勢(US-PP)或投影擴充波(PAW)方法描述. 兩種技術都可以相當程度地減少過渡金屬或第一行元素的每個原子 所必需的平面波數量. 力與張量可以用VAMP/VASP很容易地計算, 用于把原子衰減到其瞬時基態中.

VIRTUAL NANOLAB http://www.quantumwise.com/

Virtual NanoLab (VNL)是Atomistix ToolKit (ATK)對應的圖形界面軟件, 它具有友好的圖形界面操作環境, 以輕松進行納米器件在原子尺度模擬的建模、計算和數據分析等可視化操作. 其中VNL的計算引擎是內嵌的ATK. VNL中的操作流程與真實實驗中的情況類似, 它為用戶提供了多種工具并通過原子尺度模擬來輕松建立“虛擬的實驗平臺”: 構造納米器件的原子幾何結構、模擬器件的電子結構和電學性質. 目前發行的穩定版本包括了原子操作模塊(Atomic Manipulator)、納米結構透視模塊(Nanoscope)、晶體構造模塊(Crystal Grower)、納米管構造模塊(Nanotube Grower (Cupboard))和能譜計算模塊(Energy Spectrometer).

WEN2K http://www.wien2k.at/

用密度泛函理論計算固體的電子結構. 它基于能帶結構計算最準確的方案——完全勢(線性)綴加平面波(L)APW + 局域軌道(lo)方法. 在密度泛函中可以使用局域(自旋)密度近似(LDA)或廣義梯度近似(GGA). WIEN 2000使用全電子方案, 包含相對論影響.

WXDRAGON http://schmeling.ac.rwth-aachen.de/user/bernhard/wxdragon.html

用于分子/晶體圖形顯示和編寫輸入文件的圖形界面程序.

XCRYSDEN http://www.xcrysden.org/

顯示晶體和分子的結構和電子密度程序. 它還可以處理倒格子空間的特性, 如繪制能帶結構圖, 顯示Fermi面, 等.
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的一些计算软件介绍的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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