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MOLCAS 8.2—量子化學程序軟件

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軟件簡介

MOLCAS的重點在于多組態的量子化學計算，用于研究單組態不能給出電子結構合理描述的體系，例如激發態，化學反應的過渡態，重元素體系（過渡金屬，鑭系，錒系）等。MOLCAS的另一特點是多組態級別的相對論處理（標量相對論和自旋-軌道耦合），并提供專門為相對論計算設計的基組。

MOLCAS可用于計算分子結構，鍵能，化學反應的能壘，激發能（包括自旋-軌道耦合），振動分辨吸收光譜，以及各種分子特性等。MOLCAS可以用自洽反應場計算溶劑模型。新增加的QM/MM方法可用來計算大分子和分子簇。通過使用NEMO方法，MOLCAS還可以產生分子間作用力，用于MC/MD模擬。

MOLCAS 8.2 軟件功能

波函能量與特性
MOLCAS使用以下波函模型進行總能量，電子結構和分子特性的計算：
1. Hartree-Fock以及和DFT組合。使用直接或者半直接方案，可以處理一千個以上的基函數。
2. DFT有：LSDA，LDA，SVWN，LSDA5，LDA5，SVWN5，HFB，HFS，BLYP，B3LYP，B3LYP5，TLYP，XPBE。
3. Moller-Plesset二級微擾理論（閉殼層或限制性開殼層），可用于快速計算動態電子相關影響。
4. MCSCF（CASSCF或RASSCF）用于處理電子結構無法用單行列式描述的體系。態平均方法可以處理多個電子態?？梢匝芯恳话偃f個電子組態的波函。
5. 多參考二級微擾理論(CASPT2)可用于計算CASSCF電子態的動態電子相關能?？梢杂脤嵞芗壱苿踊蛱撃芗壱苿蛹夹g消除入侵態。還可以使用新的能級移動選項IPEAshift，它對開殼層體系不僅可以排除相關能的系統誤差，還可以消除入侵態。CASPT2的多重態版允許參考態用有效哈密頓方法進行相關能修正。
6. CASSCF/RASSCF波函可與基于DFT的相關勢方法組合，獲得包含動態電子相關的多組態波函(CAS/RAS-DFT)。
7. 對于小分子，可以用多參考CI(MR-CI，包括MR-CISD，RAS-CI和MR-ACPF)方法產生高精度波函和能量。
8. 對于能夠用單行列式很好描述的分子和原子團，可以用耦合簇方法（閉殼層和限制性開殼層的CCSD(T)）研究。
9. 變分價鍵程序CASVB。
10. 能量和梯度可用于：Stoll-Dolg ECP基組的計算，全電子基組的標量相對論（二級Douglas-Kroll，Barysz-Snijders-Sadlej）計算，有限核近似。用Douglas-Kroll標量相對論修正，可以研究包括重金屬原子（例如鑭系和錒系）的體系。新的ANO-RCC基組可用于整個周期表元素的Douglas-Kroll標量相對論計算。
11. MCLR程序計算熱力學特性，進行單個或兩個同位素的取代計算。
12. 使用CNDO/INDO半經驗哈密頓量進行3D能帶計算。
13. 用Pipek-Mezey方案產生局域化軌道。

分子結構，振動頻率，熱動力學
1. 使用解析梯度技術的自動幾何優化，可用于HF/DFT和RASSCF (RASDFT)波函。CASPT2結構可以用數值梯度程序獲得。這些程序可用于獲得基態和激發態的平衡結構，過渡態等。
2. 通過解析二階導數，對RASSCF波函計算振動頻率和熱動力學量。
3. SLAPAF程序可用于尋找最小能量路徑和內反應坐標，以及交叉點的最小能量交點。

激發態和電子光譜
MOLCAS特別為研究激發態勢能曲面而設計：
1. 能量可以用所有的波函方法獲得。幾何優化也可以用于態平均RASSCF能量。
2. 在RASSCF級別，用RASSCF態相互作用方法計算躍遷特性。這是MOLCAS程序所特有的。這個代碼還可使用有效單電子SO哈密頓量和所謂的原子平均場積分(AMFI)，計算自旋-軌道耦合。增強版本的RASSI-SO通過計算振蕩強度和愛因斯坦系數A獲得RASSCF理論級別的熒光和磷光壽命。
3. 在RASSCF (RASDFT)級別的激發態勢能曲面上自動搜索能壘，圓錐交叉點等。
4. 用MULA代碼計算兩個電子態諧振能級之間的躍遷偶極矩和振動躍遷的強度，獲得振動分辨電子光譜。

環境影響
MOLCAS可處理溶劑中的分子和大分子體系：
1. 用Onsager球穴模型或極化連續介質模型(PCM)處理溶劑影響。
2. QM/MM方法可用于計算大分子體系，如蛋白質，分子簇等。ComQum代碼可以把Molcas和Amber分子力學代碼（需另外獲得）組合進行QM/MM計算。
3. NEMO程序產生分子間作用力，用于MC/MD模擬。這些力場包括靜電感應，色散和交換-排斥項。它們基于個別分子的計算。

其它功能
1. 到COLUMBUS的接口。
2. 獨立于平臺的圖形用戶界面，用于顯示軌道和密度（尚在開發中）。
3. 部分模塊實現了并行化：Seward，SCF，Alaska，McKinley，MCLR和CC基本實現了線性或超線性加速。
4. 結合了到ACES II的界面，可以和該代碼的全部耦合簇特性一起使用。 同時也可在ACES II中使用MOLCAS中的積分和梯度程序。
5. Cerius2系列的圖形用戶界面C2MOLCAS，可以簡化輸入，顯示計算的MO，頻率和優化結構。
6. 到Molden的接口，用于繪制分子軌道，顯示幾何優化和諧振分析的結果。
7. 格點顯示程序MOLCASGV，基于OpenGL/Mesa，用于顯示MOLCAS的分子的軌道、密度和密度差。
8. 用GRID_IT包計算分子軌道和密度格點文件，用于MOLCASGV，C2MOLCAS和GABEDIT顯示。
9. 包含了MOPAC，HONDO等的功能。
10. 到LUCIA和LUCIAREL的接口 （需要向作者索取LUCITA程序），分別進行direct-CI和相對論雙值群CI計算。

MOLCAS 新增功能：
1. 新模塊GUESSORB：產生更好的初始軌道，用于SCF和RASSCF計算。目前只支持ANO型基組。
2. 重寫了MULA程序，包含在MOLCAS的一般安裝中。
3. 平臺無關的GUI程序GV，用于顯示軌道和密度。
4. 新的程序包LOCALIZATION用于根據Pipek-Mezey方案產生局域軌道。
5. 新的程序包BAND_CNDO用于半經驗3D周期體系能帶計算。
6. 新配置文件用于64位計算機，包括Itanium2，Opteron，G5。
7. RASSCF_NEW和RASSCF模塊分別更名為RASSCF和RASSCF_OLD。
8. 加入新版本的GA庫。
9. 幾個代碼的速度改善，包括LOPROP和DFT。
10. 廣義數值梯度代碼（CASPT2，SCF/DFT，RASSCF，MP2），包括數值梯度和解析梯度。
11. 改善MOLCAS的輸入語言。
12. ANO-RCC基組庫升級。
13. 顯示程序GV支持結構操作。
14. 擴充了程序包LOCALIZATION。
15. 使用手冊加入新的部分：基于問題的指南。
16.CASPT2加入一種新的能級移動。
17.RASSCf可以自動為線型分子保持高對稱性。
18.自旋-軌道耦合計算可以打印高對稱性的J態(原子)或Ω態(分子)。

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