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Molpro 2022.2—電子結構量化計算軟件

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軟件簡介

Molpro 是一個用于高級分子電子結構計算的從頭算程序的綜合系統，由 H.-J. Werner 和 P. J. Knowles設計和維護，并包含許多其他作者的貢獻。 它包括用于標準計算化學應用的高效且并行化良好的程序，例如具有大量泛函選擇的 DFT，以及最先進的高級耦合簇和多參考波函數方法。電子激發態可以使用 MCSCF/CASSCF、CASPT2、MRCI 或 FCI 方法，或通過 TDDFT、CC2 和 EOM-CCSD 等響應方法來處理。有許多模塊用于計算分子特性、幾何優化、諧波和非諧波振動頻率的計算以及進一步的波函數分析。分析能量梯度可用于 DFT、HF、MP2、MP2-F12、CCSD、CCSD-F12、DCSD、QCISD、QCISD(T)、CASSCF 和 CASPT2。密度擬合（DF 或 RI）近似可以將大基組的 DFT 和 MP2 計算速度提高幾個數量級，和明確相關的方法 [MP2-F12, CCSD(T)-F12, CASPT2-F12, MRCI-F12] 最小化基組不完整性誤差，以產生接近 CBS 質量的三 zeta 基組結果。結合局部近似和高效并行，高級方法 [PNO-LMP2-F12, PNO-LCCSD(T)-F12] 可以應用于化學相關的大分子，產生前所未有的準確性（最近的評論見電線計算機分子科學。2018，e1371）。此外，WF-in-DFT 嵌入或 QM/MM 方法可用于將ab initio方法的適用性擴展到具有化學或生物化學意義的大型系統。以下兩個評論通過示例總結了該軟件包的功能。
Molpro 非常容易用于標準應用程序，還包括許多用于專家應用程序的高級選項。它在 UNIX/Linux（2.6.32 以上內核）和 OS-X（Mountain Lion 以上）下運行。Molpro 也可以用作開發平臺。

能量計算

● 生成一般收縮對稱化高斯基的積分（spdfghi）。
● 有效核勢（ECP）和核極化勢（CPP）。
● 閉殼層和開殼層（包括自旋約束和非約束）自洽場方法（RHF,UHF）。
● Kohn-Sham 框架下的密度泛函理論（DFT），支持大量一般梯度近似（GGA）交換泛函和相關泛函。
● 計算量相對于分子尺度增長為線性標度的局域電子相關方法（LMP2, LQCISD(T), LCCSD(T)）。
● 可以直接計算激發能的CIS, CC2 和EOM-CCSD 方法。
● 使用直接積分技術（Integral-direct）的Hartree- Fock，DFT，MCSCF 和電子對相關方法（MPn, CCSD, MRCI）。
● 以及一些其他方法等

梯度計算和幾何結構優化

● 可以計算解析能量梯度的方法有：SCF, DFT, MP2, QCISD(T), LMP2,LQCISD, SA-MCSCF/CASSCF, MR-PT2/CASPT2。密度擬合方法已應用于SCF，DFT和LMP2的梯度計算。
● 閉殼層HF 和（單態，single state）MCSCF/ CASSCF 的解析能量二階導數（Hessians）。
● 在所有方法中都能計算數值能量梯度和數值能量二階導數（Hessians）。
● 自動進行幾何構型優化，過渡態尋找，反應路徑跟蹤。
● MCSCF 的解析非絕熱耦合（non-adiabatic coupling）矩陣元計算，MRCI 的數值非絕熱耦合(non-adiabatic coupling)矩陣元計算。
● 點電荷陣列的能量梯度（為做QM/MM優化）

性質計算和波函數分析

● 以下方法可以計算多種單電子性質：HF, DFT, MCSCF/CASSCF, MRCI, EOM-CCSD。使用以 下方法計算多種躍遷性質（Transition Properties：）MCSCF/CASSCF, MRCI, EOMCCSD（CASSCF和MRCI也可計算不同的軌道 組成的波函數之間的躍遷）。MCSCF/CASSCF 能計算一些雙電子性質（例如角動量算符）。
● CASSCF 和MRCI 的自旋-軌道耦合（Spin-orbit coupling）。
● 使用有效核勢方法或使用Breit- Pauli 形式。
● Mulliken 電荷分析和多極矩分布分析。
● 以及一些其他性質計算等。

接口

● 可視化程序：MOLDEN，XMOL等。
● QM/MM程序：Chemshell，QoMMMa，QMPOT等。
● WebMO。
● MRCC程序（Kallay & Gauss）。
● 以XML格式輸出CML幾何構型和所有結果，基組，軌道，可以在瀏覽器上看到其中包含的三維幾何構型。

MOLPRO 2022.2 的新功能

● 修復了有關使用 cartesian basis functions 的各種問題，包括起始猜測和 AVAS。密度擬合現在適用于 h 函數的笛卡爾基組。
● DFT grid option orient 的默認值已更改為 1；這使得 KS 能量旋轉不變，但可能會稍微改變能量（主要在 microhartree 范圍內）。要恢復舊行為，請添加網格選項 orient=1。
● PNO-LCCSD 程序中添加了 一個新的 F12 投影儀選項?，F在支持不同的F12價、核價和核-核對雙子指數。
● RS2C 期望值計算的內存使用和性能顯著提高。添加了NOPROP選項以跳過期望值計算。
● 用于控制網格精度的 DFT 選項已添加到 gmolpro 中。
● gmolpro 添加了用于選擇優化方法和坐標的 OPTG 選項。

MOLPRO 2022.1 的新功能

A bug affecting KS and TDDFT calculations with cartesian basis functions has been fixed.

Perturbation-Adapted Perturbation Theory (PAPT)
The perturbation-adapted zero-order hamiltonian described in J. Chem. Phys. is available for closed-shell systems.

CORE directive
With CORE,MIXED correlation of the 2s and 2p electrons for the second-row elements Al - Ar is now excluded. Global CORE command is now supported. The old behaviour, where these electrons were correlated, can be recovered using CORE,MIXED_OLD .

SCF program
● Quadratic optimization or mixed quadratic/first-order SO-SCI optimization is available for closed-shell and open-shell RHF by using {RHF,SO;…} or {RHF,SO-SCI;…} .
● The CAHF optimization with the quadratic or the SO-SCI optimization is implemented into the CAHF program, and it can be called by {CAHF,SO;…} or {CAHF,SO-SCI;…} .
● A new variant of the SO-SCI optimization is available for the RHF case. It optimizes all AVAS orbitals quadratically and is called by {RHF,SO-SCI-ACTIVE} .
The SO-SCI option significantly improves convergence and is recommended in difficult cases. The cost may even be lower than for standard ROHF or CAHF calculations, since the number of iterations is reduced. Furthermore, the probability of convergence to local minima or saddle points is much reduced.

MCSCF/CASSCF
● The entire export of CI vectors to subsequent Molpro programs has been rewritten. CI vectors can be exported via SAVE,CIREC=record or NATORB,orbrecord,CIREC=record ; more details can be found here. All exported CI vectors are stored in the CSFs basis. Determinants are automatically transformed into the CSFs basis, which also allows an export with state-averaging over different spins. Warning: MULTI based CI records from earlier Molpro versions are not compatible anymore, and the wfu file has to be recalculated with Molpro 2022!
● {MULTI,CASCI;…} can now be simply called by {CASCI;…} , and the input orbitals are not transformed after the CASCI optimization (also for dont,orbital).
● Gradients of the state-averaged energy are now available.
● The program is now more robust against spin-contamination in determinant based calculations.

MRCI, CASPT2
The CI vectors stored in multi using the directive SAVE,CIREC=record can now be used in the MRCI and CASPT2 programs as reference vectors using option CIREC=record .

MCSCF/CASSCF spin-orbit calculations (HLSMAT)
A new much more efficient algorithm for computing the spin-orbit Hamiltonian using MCSCF wavefunctions and ECP spin-orbit operators. The program to compute and diagonalize spin-orbit matrices can generally be called using
HLSMAT,type, record1, record2, record3, …
where record1 , record2 etc are records saved with MULTI or MRCI. The new program is used if type is ECPLS and if no external excitations are present (so either MCSCF/CASSCF wavefunctions or MRCI ones with NOEXC).

PNO-LCCSD
The IBO localization convergence threshold has been tightened from 10^-8 to 10^-9. The PAO redundancy threshold THRLOC has been tightened from 10^-6 to 10^-7.
The localisation of core orbitals has been improved; it now uses an AO-based algorithm, which minimises mixings of orbitals of different types (e.g. s, px, py, pz). It has been found that this stabilises the F12(PNO) energy contribution if core orbitals are correlated. The new default for core-orbital localization is loc_method_core=IBO(AO).
The previous behaviour of the PNO program can be recovered by putting before the first PNO command:
local, thrpip=1.d-8, thrloc=1.d-6, loc_method_core=ibo
The corresponding new options are
local, thrpip=1.d-9, thrloc=1.d-7, loc_method_core=ibo(ao)
The options can also be given on the PNO command, lines.

GUI gmolpro
Version 1.4.0 of the graphical user interface gmolpro is compatible with Molpro2022.1 .
Main improvement over earlier versions is the ability to handle output files (xml files) with several optimisations, frequency calculations, or even different molecules within one xml file. Start from the brown window, open the orbital window, and then select and load an orbital set. A corresponding optimisation or vibrational modes may now be displayed.
When creating an input in guided mode, more properties may be selected by buttons.

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