QC-PBC: Q-Chem を材料に拡張する

QC-PBC は、正確な ab initio 材料モデリングのための効果的かつ並列化された GTO ベースの周期コードです。

QC-PBC のコア機能:

• エネルギー
• バンド構造
• 構造最適化
• 陰溶媒法
• 完全に解析的な振動数およびフォノン計算
• エネルギー分解解析ツール

QC-PBC に含まれる機能

密度汎関数理論

• ハイブリッド汎関数を含む幅広い DFT 汎関数ライブラリ
• OpenMP および MPI 並列実装
• 高速積分ライブラリ
• GPW
• 密度フィッティング

ポスト HF 法

• MP2、LT-MP2、MP3
• BW-s2
• dRPA
• CCSD、CCSD(T)、CCSDT (ガンマ点のみ)

励起状態法

• CIS
• TDDFT

解析的振動数およびフォノン計算

溶媒和法

• LPCM
• NLPCM
• CANDLE
• 固体-液体界面のための有限温度グランドカノニカル DFT

その他の機能

• エネルギー分解解析 (EDA)
• X2c1e によるスカラーおよび相対論的効果
• マリケン占有解析
• 局所化法
• Python インターフェースはワークフローや PyTorch のような機械学習パッケージと連携します

計算化学のワンストップショップ

Q-Chem 7.0 には分子、材料、生体分子モデリングのモジュールが含まれており、追加のライセンスは必要ありません。

SiC に関するこれらのフォック法ビルドベンチマークが示すように、QC-PBC は良好な並列スケーラビリティを示しています。結果は、トリプルゼータ基底関数を用いたいくつかの異なる密度汎関数について示されています。

QC-PBC に関する最近の出版物

Regularized Perturbation Theory for Ab Initio Solids. Meng-Fu Chen, Jinghong Zhang, Hieu Q. Dinh, Adam Rettig, and Joonho Lee. J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, 44, 11373–11381

QC-PBC における MP2：著者らはQC-PBC パッケージにおいて、金属、半導体、分子結晶に対して正確な結果を提供する、 BW-s2 を含む正則化された2次摂動法を開発しました。論文はこちらをご覧ください。

Chemical Origins of Non-Bonded Interactions Within and Between Solids. Paul J. Robinson, Adam Rettig, Hieu Q. Dinh, Anton Z. Ni, and Joonho Lee. Preprint (arXiv). 2026.

QC-PBC における ALMO-EDA：この直近のプレプリントにおいて、QC-PBC の開発者たちは、ALMO-EDA を固体系へと拡張しています。彼らはこのアプローチを用いて、分子結晶、モアレ型ヘテロバイレイヤー、層状ペロブスカイトヘテロ構造など、固体中の非結合相互作用を研究しています。その結果、明確で化学的に直感的な理解に基づいて材料設計に取り組める有益な知見を得ています。

Gaussian-Based Periodic Grand Canonical Density Functional Theory with Implicit Solvation for Computational Electrochemistry. Anton Z. Ni, Adam Rettig, and Joonho Lee. Preprint (arXiv). 2025.

固液界面における電気化学のモデリング：最近、QC-PBC を用いて固液界面での電気化学反応のモデリングが行われました！開発者らは、QC-PBC において周期系に対するグランドカノニカル密度汎関数理論（DFT）のための数値手法を導入し、その実装と、暗黙的溶媒モデリングの実装を組み合わせて、銀表面での腐食のモデリングを行いました。

MgO の Intrinsic Bond Orbitals (IBO)