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Q-Chem 製品概要

DFT および TDDFT 交換-相関汎関数

基底、励起、イオン化状態のために装備された広範にわたる革新的な汎関数とアルゴリズム:

● 分散力補正

  • Becke-Johnson XDM モデル
  • DF-04、VV09、VV10 ファンデルワールス相互作用
  • DFT-D3 長距離補正

● 汎用汎関数

  • ハイブリッドメタ GGA 汎関数 MM11 および MM11-L
  • Becke-05 非動的相関モデル
  • Yang らの ハイパー GGA 汎関数 MCY2

● ダブルハイブリッド密度汎関数

  • XYG3 および XYG3-OS ダブルハイブリッド
  • wB97X-2 ダブルハイブリッド
HTBH38/04 データベース中の反応障壁において
B3LYP より誤差が小さい新しい汎関数

 

POST-HF 機能

● 結合クラスター、運動方程式、断熱図式構築法

  • 結合クラスター法のソースコード書き換えによるマルチコアシステムにおけるパフォーマンスの大幅な改善
  • CCSD、EOM-EE/SF/IP/EA-CCSD のエネルギー、勾配、特性計算
  • 化学的精度のための新しい EOM 法 (2SF, DIP) と3重項補正

● 強相関のための新しいアプローチ

  • 強相関問題のための Perfect Quadruples 法および Perfect hextuples 法
  • 多重結合解離のための CCVB (Coupled Cluster Valence Bond) と関連手法

 

励起状態と開殻化学種

  • 電子的励起 (EE)、イオン化/電子付着 (IP/EA)、ジラジカル状態 (SF, DIP) のための EOM-CC 法:解析的勾配、マルチコア並列化、EFT (有効フラグメントポテンシャル) 法との連携
  • ADC(2X) を含む ADC 系列の各種手法
  • RI-SOS-CIS(D): N^4 励起状態法
  • ポリラジカルおよび多重結合切断のための Restricted Active Space Double SF 法
  • 非共線的 SF-DFT (多重立体配置の化学種における精度向上)
  • TDDFT/TDA および Full TDDFT のための解析的な勾配とヘシアン

 

物性解析

● 厳密に局在化した分子軌道 (Absolutely Localized MO’s) に基づくエネルギー分解解析

  • フラグメント間の相互作用エネルギーを固定密度 (クーロン+交換)、分極、電荷移動の項に分解
有機金属化合物では、
リガンドから金属への電子供与 (上図左)、
金属からリガンドへの逆供与 (上図右) を示す

● 電子移動 (ET) と励起エネルギー移動 (EET)

  • CDFT による荷電束縛状態。CDFT-CI ではこれら束縛状態の配置間相互作用 (configuration interaction) を説明
  • ダイレクトカップリング法の "1+1" バージョンでは、2つのフラグメントの波動関数を元に作成した式を使ってカップリングを計算
  • フラグメントの荷電 (または励起またはスピン) の差をとる FCD、FED、FSD 法による ET および EET における2つの固有状態間のカップリング計算
  • 非断熱化スキーム、オーバーラップ解析

● 高速 NMR シフト計算 (高度な応答式ソルバーで可能)

 

構造最適化、反応経路、振動解析およびシミュレーション

● 反応経路の自動検索

  • Freezing and Growing String 法

● 局在振動モードと部分的ヘシアン振動解析

● トンネル効果と非調和効果

  • 量子力学を使った経路積分モンテカルロによる電子および核運動のシミュレーション

● IR および光電子スペクトルのシミュレーション

  • 初速度に振動零点エネルギーを組み入れる準古典的トラジェクトリー AIMD

 

環境効果:溶媒和モデル、EFP、QM/MM

● 間接的溶媒モデルを説明するのに良く使われる溶媒和モデル

  • SM8, COSMO, C-PCM, SS(V)PE, IEF-PCM, ほか
  • ポテンシャルエネルギー面をスムージングする C-PCM/SIWG

● 水のような明示的溶媒分子のための有効フラグメントポテンシャル (EFP) 法

  • 基底状態と励起状態の両方に対応
  • DFT および波動関数ベースの手法との連携
  • ユニークな特徴:一般的な有効フラグメントライブラリの組込み

● 周辺原子を古典的ポテンシャルとして処理する QM/MM 法

  • 基底および励起状態計算のための内部 QM/MM
  • QM/MM の仲立ちをする Q-Chem 独自の「陰陽原子 (Yin-Yang atom)」
  • PCM モデルとの統合 (QC/MM/PCM)
  • 振動エントロピー効果や大規模な構造変化の研究を可能にする完全 QM/MM ヘシアン (または mobile-block-hessian 近似) のための CHARMM との外部インターフェース
EFP (有効フラグメントポテンシャル) を使用したバルク溶媒和化学種のイオン化エネルギーと酸化還元電位の計算

 

計算効率

● DFT 計算のための高速アルゴリズム

  • クーロンのためのアルゴリズム (連続高速多重極法 (CFMM)、J エンジン、フーリエ変換クーロン法、Quantum Ewald Mesh 法)
  • ハートリーフォック (HF) 交換のためのアルゴリズム (LinK, ARI-K) と数値積分法 (mrXC)

● 摂動論 (Perturbation Theory) 計算

  • 高速積分変換、RI (Resolution-of-Identity) 近似、異なるスピン成分のスケーリング、ラプラス変換、2種類の基底関数の外挿、および、局在軌道の使用

● 結合クラスター (Coupled-Cluster) 計算

  • モダンなテンソルライブラリ、RI (Resolution-of-Identity) 近似、コレスキー分解による改良

● 共有メモリマルチコアマシンとコンピュータ・クラスターにおける効率的な実装

B3LYP 計算の高速化とコア数との関係
PCBM (フェニルC61酪酸メチルエステル) 1106 基底関数
CCSD 計算の高速化とコア数との関係
メチル化ウラシル/水の CCSD 計算 302 基底関数