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小木蟲論壇-學術(shù)科研互動平臺 » 計算模擬區(qū) » 仿真模擬 » 資源 » 模擬軟件介紹小匯總
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李鴻忠新蟲 (正式寫手)
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https://blog.csdn.net/youngstonep/article/details/18503355 http://blog.sciencenet.cn/blog-588243-482123.html 這是我在網(wǎng)上找到的，比較全面的，模擬領(lǐng)域常用軟件�？吹揭郧坝型瑢W也曾發(fā)起過類似模擬軟件匯總貼，多多益善。 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(jié)構(gòu), 進行幾何優(yōu)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(fā)態(tài). 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(chuàng)建ADF和BAND的計算任務和圖形顯示結(jié)果. ATOMISTIX TOOLKIT http://www.quantumwise.com/ Atomistix ToolKit (ATK)是一個能模擬納米結(jié)構(gòu)體系和納米器件的電學性質(zhì)和量子輸運性質(zhì)的第一性原理電子結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系, 它可以是兩種不同材料形成的界面區(qū), 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(jié)構(gòu)計算程序包的基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)代軟件工程原理開發(fā)出來的第一個商用的模擬電子輸運性質(zhì)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(xiàn)了贗勢法和原子軌道線性組合方法等現(xiàn)代電子結(jié)構(gòu)計算方法. 在此基礎(chǔ)上, 它利用非平衡格林函數(shù)方法來處理納米器件在外置偏壓下的電子輸運性質(zhì). 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(jié)的電壓降、電子透射波和電子的透射系數(shù)等等. ATK也實現(xiàn)了自旋極化的電子結(jié)構(gòu)計算方法, 因此它也可以處理納米器件中相關(guān)的磁性和自旋輸運問題. 除此之外, ATK也能進行傳統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)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(wěn)定的算法來精確地計算原子所受的力并優(yōu)化體系的幾何結(jié)構(gòu). CP2K http://cp2k.berlios.de/ 用于固態(tài)、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(jīng)典雙體、多體勢. 使用的交換-相關(guān)泛含有: 交換部分: Slater, VWN, Pade; Becke88, Perdew86, PBE; 相關(guān)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(zhì), 界面, 等). 它既可以模擬靜態(tài)特性(如用TDDFT計算光譜, 總能量的導數(shù)特性), 也可以模擬動態(tài)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(shù)據(jù)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(qū)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(xié)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(xiàn). QMD-FLAPW對二維和三維周期邊界條件的材料體系執(zhí)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(jié)構(gòu)和開放結(jié)構(gòu), 可以處理周期表中的所有元素. QMD-FLAPW克服了DFT在激發(fā)態(tài)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(shù), 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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)量級的改善. GULP現(xiàn)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(shè)置和提交Gaussian計算任務, 顯示結(jié)果. GAUSSIAN http://www.gaussian.com/ Gaussian是做半經(jīng)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(jié)構(gòu), 過渡態(tài)的能量和結(jié)構(gòu), 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(zhì), 反應路徑. 計算可以模擬在氣相和溶液中的體系,模擬基態(tài)和激發(fā)態(tài). 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(fā)態(tài)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(shù)的勢能模型, 可以模擬軟材料和固體物理系統(tǒng). MAPS http://www.scienomics.com/ MAPS是一套模擬工具, 包括創(chuàng)建分子、周期結(jié)構(gòu)和聚合物的模型, 高質(zhì)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(jīng)驗量子力學計算; 控制NAMD任務, 進行大分子體系的經(jīng)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(jīng)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(shù), 和進行任務管理. 即使是新手, 也可以迅速地創(chuàng)建分子或晶體模型, 設(shè)定計算, 預測重要的分子特性, 如分子結(jié)構(gòu), 電子和光學特性,甚至是模擬動力學現(xiàn)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(jié)合應用領(lǐng)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(shù)、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.j ... /download/index.php 納米器件模擬程序包. 包含圖形集成環(huán)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(zhì)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(zhì)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(huán)境. 目前主要用于控制PHASE和相關(guān)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(guān)于材料的電性和磁性問題. ASCOT, Nano-scale Device Simulation程序包的疏運性質(zhì)分析程序, 用緊束縛模型和格林函數(shù)方法分析碳體系的疏運性質(zhì).可以計算傳遞系數(shù)和器件區(qū)域的態(tài)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(qū)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(tài)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(tài), 自旋極化相對論態(tài), 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(zhì)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(shù)和格子介電函數(shù). 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(fā)電子-離子動力學的第一定律程序. 研究電子結(jié)構(gòu), 激發(fā)態(tài)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(xiàn)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(jù)計算量和內(nèi)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(nèi)存的并行計算, 每個節(jié)點都是動態(tài)分配內(nèi)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(chǎn)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(wǎng)格電子結(jié)構(gòu)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 (P)ackage for (R)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(jié)構(gòu), 結(jié)構(gòu)優(yōu)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(chǎn)生PWscf輸入文件的圖形用戶界面. atomic: 用于原子計算和產(chǎn)生贗勢. SIESTA http://www.icmab.es/siesta/ SIESTA用于分子和固體的電子結(jié)構(gòu)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(jié)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(shù)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(wǎng)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(tài)方法以外, 程序還允許使用占據(jù)軌道的局域化線性組合.使得計算時間和內(nèi)存隨原子數(shù)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(tài)分配內(nèi)存, 因此當要計算的問題尺寸發(fā)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(shù)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(jié)構(gòu)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(fā). 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(tài). 這些技術(shù)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(shù)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(shù)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(tài)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(huán)境, 以輕松進行納米器件在原子尺度模擬的建模、計算和數(shù)據(jù)分析等可視化操作. 其中VNL的計算引擎是內(nèi)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(gòu)造納米器件的原子幾何結(jié)構(gòu)、模擬器件的電子結(jié)構(gòu)和電學性質(zhì). 目前發(fā)行的穩(wěn)定版本包括了原子操作模塊(Atomic Manipulator)、納米結(jié)構(gòu)透視模塊(Nanoscope)、晶體構(gòu)造模塊(Crystal Grower)、納米管構(gòu)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(jié)構(gòu). 它基于能帶結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖, 顯示Fermi面, 等. |
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