Q-Chem 4.0 で追加された機能

※ Q-Chem のライセンスはこれまでマシン数を単位としていましたが、4.0.1 から単位がコア数に変更になりました。お使いのマシンの CPU のコア数に応じて、ライセンスをお選びいただけます。

Q-Chem 4.0.1 新機能

• Coupled-cluster および EOM-CC 法に OpenMP が実装されパフォーマンスが向上しました。
• TDDFT 勾配に wPBE や wPBEh をはじめとする汎関数が追加されました。
• 強相関をもつ化学系の研究に役立つ self-consistent RI-B05、RI-PSTS 等の新しい汎関数が追加されました。
• サンプル入力ファイルの命名規則が新たに再編されました。サンプルファイルは新たにカテゴリ別にサブディレクトリに整理され、必要なデータを容易に選び出すことができます。
• オンライン・インストーラが新たに用意され、より簡単に使用環境を整えることができるようにました。4.0.1 の新しいパッケージメンテナンスモジュールを使えばワンタッチでアップグレードすることができます。

 

Q-Chem 4.0 新機能

交換-相関汎関数

Exchange-Correlation Functionals

• Becke & Johnson による効果的な XDM モデルを解析的に実装した密度汎関数の分散力補正 (Zhengting Gan, Emil Proynov, Jing Kong, User’s Manual Section 4.3.7) (※サポート情報 1)
• Langreth、Lundqvist らによる分散力汎関数 vdw-DF-04 の実装 (Oleg Vydrov)
• vdw-DF-04 をベースにした新しい解析的分散力汎関数 VV09 (Oleg Vydrov, Troy Van Voorhis, User’s Manual Section 4.3.5)
• 非共有相互作用を改良した DFT-D3 法の実装 (Shan-Ping Mao, Jeng-Da Chai, User’s Manual Section 4.3.8) (※サポート情報 15)
• 長距離補正 B97 汎関数をベースに中・長距離相互作用の考慮を改良したダブル-ハイブリッド汎関数 ωB97X-2 (Jeng-Da Chai, Martin Head-Gordon, User’s Manual Section 4.3.9) (※サポート情報 13)
• 非結合相互作用の予測や化学的精度に近い熱化学量予測のためのダブル-ハイブリッド汎関数 XYGJ-OS (Igor Zhang, Xin Xu, William A. Goddard, III, Yousung Jung, User’s Manual Section 4.3.9) (※サポート情報 7)
• 短距離補正 DFT による X 線吸収端近傍の計算 (Nick Besley, Section 6.3.3)
• 交換相関ポテンシャルの漸近的補正の実装による TDDFT 予測の改良 (LB94 交換相関ポテンシャルを取り込んだ TDDFT/TDA) (Yu-Chuan Su, Jeng-Da Chai, User’s Manual Section 4.3.10) (※サポート情報 16)
• Becke-05 モデルへの効率的な RI (resolution of identity) 法を完全な解析的手法によって実装したことによる DFT の静的電子相関 (Emil Proynov, Yihan Shao, Fenglai Liu, Jing Kong, User’s Manual Section 4.3.3)
• メタ GGA 汎関数である TPSS 汎関数の実装とそのハイブリッド版である TPSSh (Fenglai Liu) と revPBE86 GGA 汎関数 (Oleg Vydrov)
• ダブル-ハイブリッド汎関数 B2PLYP-D の実装 (Jeng-Da Chai) (※サポート情報 14)
• ハイパー GGA 汎関数である Mori-Sánchez-Cohen-Yang (MCY2) 汎関数の実装 (Fenglai Liu)

 

DFT アルゴリズム

DFT Algorithms

• mrXC (多重分解による交換相関：multiresolution exchange-correlation) による高速な交換相関の数値積分 (Shawn Brown, Laszlo Fusti-Molnar, Nicholas J. Russ, Chun-Min Chang, Jing Kong, User’s Manual Section 4.4.7)
• 2種類の基底関数を段階的に利用した DFT による交換相関項の効果的な計算 (Zhengting Gan, Jing Kong, User’s Manual Section 4.5.5)
• 異なる基底関数サイズとグリッドサイズ、および、異なるレベルの汎関数を「三段跳び」する高速な DFT 計算 (Jia Deng, Andrew Gilbert, Peter M. W. Gill, User’s Manual Section 4.8)
• ARI (atomic resolution of the identity) アルゴリズムによる高速な DFT と HF 計算

 

POST-HF: 結合クラスター法と運動方程式

POST-HF: Coupled Cluster and Equation of Motion

• 結合クラスター法のソースコード書き換えによるパフォーマンスの大幅な改善と、多数のモジュール (CCSD のエネルギー計算と勾配計算、EOM-EE/SF/IP/EACCSD, CCSD(T) エネルギー) のマルチコアシステムへの対応 (Evgeny Epifanovsky, Michael Wormit, Tomasz Kuz, Arik Landau, Dmitri Zuev, Kirill Khistyaev, Ilya Kaliman, Anna Krylov, Andreas Dreuw, Chapters User’s Manual section 5 and User’s Manual 6 (新しいコード名は CCMAN2)
• FNO (Frozen Natural Orbital) による高速で正確な結合クラスタ計算 (Arik Landau, Dmitri Zuev, Anna Krylov, User’s Manual Section 5.9) (※サポート情報 2)

 

POST-HF: 強相関

POST-HF: Strong Correlation

• 強相関問題のための Perfect Quadruples 法と Perfect Hextuples 法 (John Parkhill, Martin Head-Gordon, User’s Manual Section 5.6.1)
• 多重結合の解離のための CCVB (結合クラスタ原子価結合：Coupled Cluster Valence Bond) 法と関連手法

 

DFT 励起状態と電荷移動

DFT Excited States and Charge Transfer

• TDDFT による励起状態の核勾配 (Yihan Shao, Fenglai Liu, Zhengting Gan, Chao-Ping Hsu, Andreas Dreuw, Martin Head-Gordon, Jing Kong, User’s Manual Section 6.3.1)
• 電荷移動反応を研究するための帯電状態の直接カップリング (Zhi-Qiang You, Chao-Ping Hsu, User’s Manual Section 10.17.2)
• Tamm-Dancoff 近似に基づく TDDFT 法において、解析的な励起状態ヘシアンを導入 (Jie Liu, Wanzhen Liang, User’s Manual Section 6.3.5)
• MOM (最大重複法：maximum overlap method) による励起状態の自己無撞着計算 (maximum overlap method) (Andrew Gilbert, Nick Besley, Peter M. W. Gill, User’s Manual Section 6.5)
• 拘束電荷状態間において配置間相互作用がある反応の拘束条件付き DFT による計算 (Qin Wu, Benjamin Kaduk, Troy Van Voorhis, User’s Manual Section 4.9)
• 励起状態における電荷移動の TDDFT 法による重なり解析 (Nick Besley, User’s Manual Section 6.3.2)
• Boys と Edmiston-Ruedenberg の局在化スキームによる非断熱状態の局在化 (Joe Subotnik, Ryan Steele, Neil Shenvi, Alex Sodt, User’s Manual Section 10.17.1.2) (※サポート情報 18)

 

波動関数ベースの励起状態

Wavefunction-Based Excited States

• 摂動論をベースにした大きさについての無矛盾性 (size consistent) を持つ２次の ADC スキームによる相関励起状態 (Michael Wormit, Andreas Dreuw, User’s Manual Section 6.7) (※サポート情報 10)
• 多参照基底状態と多電子励起状態のための制限付き活性空間スピン-フリップ法 (Paul Zimmerman, Franziska Bell, David Casanova, Martin Head-Gordon, User’s Manual Section 6.2.4)
• 幅広い汎関数セットに拡張し、その精度を向上するために、SF-TDDFT 法に非共線的定式化を実装 (Yihan Shao, Yves Bernard, Anna Krylov, User’s Manual Section 6.3)

 

溶媒和

Solvation

• QM および QM/MM 計算において、PCM (分極連続体) 溶媒和モデルによる溶質ポテンシャルエネルギー表面を、switching/Gaussian 法によってスムージング化 (Adrian W. Lange, John Herbert, User’s Manual Sections 10.2.2 and 10.2.4) (※サポート情報 12)
• DFT エネルギー計算と勾配計算における、 Klamt and Schüürmann によるオリジナル溶媒和モデル COSMO の利用 (ported by Yihan Shao, User’s Manual Section 10.2.8)

 

巨大な系

Large Systems

• 分極性が明らかな溶媒和を含む巨大な系の基底および励起状態のための有効フラグメントポテンシャルによる正確で高速なエネルギー計算。DFT/TDDFT, CCSD/EOM-CCSD 、および、CIS や CIS(D) に適用可能 (※サポート情報 4)、 一般的な溶媒のための有効フラグメントライブラリ (※サポート情報 5)、 EFP-EFP 系のエネルギー勾配計算も可能 (Vitalii Vanovschi, Debashree Ghosh, Ilya Kaliman, Dmytro Kosenkov, Chris Williams, John Herbert, Mark Gordon, Michael Schmidt, Yihan Shao, Lyudmila Slipchenko, Anna Krylov, User’s Manual Chapter 12)

 

構造最適化計算、振動計算、動力学計算

Optimizations, Vibrations and Dynamics

• 反応経路を効果的に自動探索する Freezing String および Growing String 法 (Andrew Behn, Paul Zimmerman, Alex Bell, Martin Head-Gordon, User’s Manual Section 9.5)
• 経路積分法を使った平衡状態における核運動の厳密な量子力学的取り扱い (Ryan Steele, User’s Manual Section 9.8)
• 部分ヘシアン振動解析による関心領域の局在振動モード計算 (Nick Besley, User’s Manual Section 10.5.3) (※サポート情報 8)
• MP2 法への Z ベクトル法の外挿、および/もしくは、2種類の基底関数の段階的利用による Ab initio 動力学 (Ryan Steele, User’s Manual Section 4.7.5)
• 準古典的 Ab initio 分子動力学 (Daniel Lambrecht, Martin Head-Gordon, User’s Manual Section 9.7.4) (※サポート情報 6)

 

解析ツール

Analytical Tools

• 局在化軌道結合解析 (LOBA: Localized Orbital Bonding Analysis) による金属酸化状態の解析 (Alex Thom, Eric Sundstrom, Martin Head-Gordon, User’s Manual Section 10.3.4)
• IRC (固有反応座標経路) コードの頑強性の向上 (Martin Head-Gordon)
• ヒルシュフェルト (Hirshfeld) 原子電荷分布 (Sina Yeganeh, User’s Manual Section 10.3.1) (※サポート情報 9)
• Johnson と Yang によるアルゴリズムを使用した非共有結合の可視化 (Yihan Shao, User’s Manual Section 10.9.5)
• 遷移密度のためのグリッド上の ESP (Yihan Shao, User’s Manual Section 10.10)

 

最新コンピュータ環境のサポート

Support for Modern Computing Platforms

• 共有メモリ並列計算による DFT/HF (Zhengting Gan, Yihan Shao, Jing Kong) および RI-MP2 (Matthew Goldey, Martin Head-Gordon) のマルチコアシステムにおけるパフォーマンスの向上 (User’s Manual Section 5.12)
• GPU (graphic processing unit) による RI-MP2 計算の高速化 (Roberto Olivares-Amaya, Mark A. Watson, Richard G. Edgar, Leslie Vogt, Yihan Shao, Alan Aspuru-Guzik, User’s Manual Section 5.5.3)

 

グラフィック・ユーザーインターフェース

Graphic User Interface

• オーストラリア国立大学 Andrew Gilbert 氏が設計した無償グラフィカルユーザーインターフェース IQmol を新たにサポート

 

関連情報

• Q-Chem 4.0 サポート情報 (※)
• Q-Chem 4.0.1 User’s Manual
• Q-Chem 4.0 User’s Manual (PDF)