Liste von Software für Quantenchemie und Festkörperphysik

Quantenchemische Computerprogramme werden in der Computerchemie eingesetzt, um quantenchemische Methoden zu implementieren . Die meisten beinhalten die Hartree-Fock-Methode (HF) und einige Post-Hartree-Fock -Methoden. Sie können auch Dichtefunktionaltheorie (DFT), Molekülmechanik oder semiempirische quantenchemische Methoden umfassen . Die Programme umfassen sowohl Open-Source- als auch kommerzielle Software. Die meisten sind umfangreich, bestehen oft aus mehreren separaten Programmen und wurden über viele Jahre entwickelt.

Überblick

Die folgenden Tabellen veranschaulichen einige der wichtigsten Funktionen bekannter Softwarepakete:

Numerische Details

Paket	Lizenz ^†	Sprache	MPI	OpenMP	GPU	E/A-Bibliotheken	Parallele E/A
ABINIT	Kostenlos, GPL	Fortran	Ja	Ja	Ja, CUDA	Ja, HDF5 , NetCDF	Ja, Fortran und HDF5
ACES ^{[ 1 ]}	Kostenlos, GPL	Fortran , C++	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
ADF, Amsterdam Modeling Suite	Kommerziell	Fortran	Unbekannt	Unbekannt	Ja, CUDA	Ja, HDF5 , benutzerdefiniert	Unbekannt
AMPAC	Akademisch	Unbekannt	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
Atomistix ToolKit (QuantumATK)	Kommerziell	C++ , Python	Ja	Ja	Ja, CUDA	Ja, HDF5 , NetCDF	Ja, HDF5
BigDFT	Kostenlos, GPL	Fortran	Ja	Ja	Ja	Ja, HDF5 , NetCDF	Ja, HDF5 , NetCDF
CADPAC	Akademisch	Fortran	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
CASINO (QMC)	Akademisch	Fortran 2003	Ja	Ja	Ja, OpenACC	NEIN	NEIN
CASTEP	Akademisch, kommerziell	Fortran 95 , Fortran 2003	Ja	Ja	Ja, OpenACC	Unbekannt	Unbekannt
KOLUMBUS	Kostenlos, LGPL	Fortran	Ja	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN
EROBERUNG	Kostenlos, MIT	Fortran 90	Ja	Ja	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
CP2K	Kostenlos, GPL	Fortran 95	Ja	Ja	Ja, CUDA und OpenCL	Unbekannt	Unbekannt
CPMD	Akademisch	Fortran	Ja	Ja	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
KRISTALL	Akademisch (GB), Kommerziell (IT)	Fortran	Ja	Ja	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
Dalton	Kostenlos, LGPL	Fortran	Ja	Ja, LSDalton	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
DFTK ^{[ 2 ]}	Kostenlos, MIT	Julia	Ja	Ja	Ja, CUDA , ROCm	Ja, HDF5	Unbekannt
DIRAC	Kostenlos, LGPL	Fortran 77 , Fortran 90 , C	Ja	NEIN	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
DMol3	Kommerziell	Fortran 90	Ja	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
FLEUR ^{[ 3 ]}	Kostenlos, MIT	Fortran 95	Ja	Ja	Ja, OpenACC , CuBLAS	Ja, HDF5 , benutzerdefiniert	Ja, HDF5
FHI-Ziele	Akademisch, kommerziell	Fortran	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	Unbekannt
FreeON (ehemals MondoSCF )	Kostenlos, GPL	Fortran 95	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
Firefly (ehemals PC GAMESS)	Akademisch	Fortran , C , Assembler	Unbekannt	Unbekannt	Ja	Unbekannt	Unbekannt
GAMESS (UK)	Akademische Kurse in Großbritannien, kommerzielle Kurse	Fortran	Unbekannt	Unbekannt	Ja	Unbekannt	Unbekannt
SPIELE (USA)	Akademisch	Fortran	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	Unbekannt
Gaußsche	Kommerziell	Fortran	Unbekannt	Unbekannt	Ja, CUDA	Unbekannt	Unbekannt
Jaguar	Kommerziell	Fortran , C	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
WAHNSINN	Kostenlos, GPL	C++	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
MOLCAS / OpenMolcas	Akademisch, kommerziell ^{[ 4 ]} / LGPL	Fortran , C , C++ , Python , Perl	Ja	Ja	Ja	Ja, HDF5	Unbekannt
MOLPRO	Kommerziell	Fortran	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	Unbekannt
MOPAC	Kostenlos, LGPL ^{[ 5 ]}	Fortran	Unbekannt	Unbekannt	Ja	Unbekannt	Unbekannt
MPQC	Kostenlos, LGPL	C++	Ja	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
NESSIE	Kostenlos, BSD v2	Fortran	Ja	Ja	Unbekannt	Unbekannt	Unbekannt
NWChem	Kostenlos, ECL v2	Fortran 77 , C	Ja	Ja	Ja, CUDA	Unbekannt	Unbekannt
Oktopus	Kostenlos, GPL	Fortran 2008 , C , C++	Ja	Ja	Ja, CUDA und ROCm	Ja, NetCDF	Ja, individuell anpassbar
ONETEP	Akademisch, kommerziell	Fortran 2003	Ja	Ja	Ja, CUDA	Ja, HDF5	Unbekannt
OpenAtom	Akademisch	Charm++ (C++)	Unbekannt	Unbekannt	Ja	Unbekannt	Unbekannt
OpenMX	Kostenlos, GPL	C	Ja	Ja	NEIN	NEIN	NEIN
ORCA	Akademisch, kommerziell	C++	Ja	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
PARSEC	Kostenlos, GPL	Fortran	Ja	Ja	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
PQS	Kommerziell	Unbekannt	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
PSI	Kostenlos, LGPL v3	C , C++ , Python	NEIN	Ja	Mit dem Plugin BrianQC	Unbekannt	Unbekannt
PySCF	Kostenlos, BSD	Python	Ja	Ja	Mit Plugin, GPU4PySCF	Unbekannt	Unbekannt
Qbox	Kostenlos, GPL	C++	Ja	Ja	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
Q-Chem	Akademisch, kommerziell	Fortran , C , C++	Ja	Ja	Mit dem Plugin BrianQC	Unbekannt	Unbekannt
QMCPACK	Kostenlos, UIUC/NCSA	C++	Ja	Ja	Ja, CUDA , HIP , SYCL	Ja, HDF5 , XML	Ja, HDF5
Quantum ESPRESSO	Kostenlos, GPL	Fortran	Ja	Ja	Ja, CUDA	Ja, HDF5	Ja, HDF5
RMG	Kostenlos, GPL	C , C++	Unbekannt	Unbekannt	Ja, CUDA	Unbekannt	Unbekannt
SAMSON	Frei	C++ , Python	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
Wissenschaftler	Kommerziell	C++ , C , Java, Fortran	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
SIESTA	Kostenlos, GPL	Fortran 2003	Ja	Ja	Ja	Ja, NetCDF	Ja, NetCDF
spartanisch	Kommerziell	Fortran , C , C++	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
TeraChem	Kommerziell	C , CUDA	Unbekannt	Unbekannt	Ja, CUDA	Unbekannt	Unbekannt
TURBOMOLE	Kommerziell	Fortran , C , C++	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	Unbekannt
VASP	Akademisch (AT), Kommerziell	Fortran	Ja	Ja	Ja	Ja, HDF5	Unbekannt
WIEN2k	Kommerziell	Fortran 90 , C	Ja	Ja	NEIN	NEIN	NEIN
Yambo	Kostenlos, GPL	Fortran	Ja	Ja	Ja, CUDA	Ja, HDF5 , NetCDF	Ja, HDF5
Paket	Lizenz ^†	Sprache	MPI	OpenMP	GPU	E/A-Bibliotheken	Parallele E/A

Eigenschaften der Quantenchemie und Festkörperphysik

Paket	Basis	Periodisch ^‡	MD	Halbbeschäftigter	HF	TDHF	Post-HF	Abgeordneter	MRCI	CC	DFT	TDDFT	GWA
ABINIT	PW	3D	Ja	NEIN	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja Slater-Typ-Orbital
ACES ^{[ 1 ]}	GTO	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	NEIN	bis Q	Ja	Unbekannt	Unbekannt
AMS: ADF, BAND, DFTB	STO , NAO	Beliebig	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja
AMPAC	Unbekannt	Unbekannt	NEIN	Ja	NEIN	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
Atomistix ToolKit (QuantumATK)	NAO, EHT, PW	Beliebig	Ja	Ja	NEIN	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja
BigDFT	Wavelet	beliebig	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Ja	NEIN
CADPAC	GTO	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	NEIN	bis D	Ja	Unbekannt	Unbekannt
CASINO (QMC)	GTO , PW, Spline, Grid, STO	beliebig	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN
CASTEP	PW	3D	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Unbekannt
KOLUMBUS	GTO	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	NEIN	Ja	NEIN	Ja	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN
EROBERUNG	NAO, Spline	3D	Ja	NEIN	Ja5	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
CP2K	Hybrid GTO , PW	beliebig	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	Ja	Ja	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja
CPMD	PW	3D	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
KRISTALL	GTO	beliebig	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja10	Ja	NEIN	Ja	Ja	NEIN	NEIN
Dalton	GTO	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja	Ja	Ja	bis zu (T)	Ja	Unbekannt	Unbekannt
DFTK	PW	beliebig	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	NEIN	NEIN
DIRAC	GTO	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja	Ja	Ja	bis zu (T)	Ja	Ja	NEIN
DMol3	NAO	beliebig	NEIN	NEIN	NEIN	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Unbekannt
eT	GTO	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja	NEIN	NEIN	bis zu (T)	NEIN	NEIN	NEIN
FHI-Ziele	NAO	beliebig	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja	Ja	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja
Firefly (ehemals PC GAMESS)	GTO	NEIN	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
FLEUR	FP-(L)APW+lo	2D, 3D	NEIN	NEIN	Ja	NEIN	Ja	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	NEIN	Ja
FreeON (ehemals MondoSCF)	GTO	beliebig	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
GAMESS (UK)	GTO	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Unbekannt	Ja	Ja	Ja	bis zu (T)	Ja	NEIN	NEIN
SPIELE (USA)	GTO	NEIN	Ja2	Ja	Ja	Unbekannt	Ja	Ja	Ja	bis zu (T)	Ja	Unbekannt	Unbekannt
Gaußsche	GTO	beliebig	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	Ja	Ja	NEIN	bis zu (T)	Ja	Ja	NEIN
Jaguar	GTO	NEIN	Ja	Nr. 11	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
WAHNSINN	Wavelet	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
MOLCAS	GTO	NEIN	Ja	Ja	Ja	NEIN	Ja	Ja	Ja	bis zu (T)	Ja	NEIN	NEIN
MOLPRO	GTO	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	Ja	bis zu (T)	Ja	Unbekannt	Unbekannt
MOPAC	Minimal GTO	beliebig	NEIN	Ja	NEIN	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	NEIN	Unbekannt	Unbekannt
MPQC	GTO	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Ja	Ja	NEIN	bis (Q)	Ja	Unbekannt	Unbekannt
MRCC	GTO	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	willkürliche Anordnung	Ja	Ja	NEIN
NESSIE	Finite Elemente	Ja	NEIN	NEIN	Ja	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja
NWChem	GTO , PW	Ja (PW), Nein ( GTO )	Ja	NEIN	Ja	Ja	Ja	Ja	NEIN	bis (Q)	Ja	Ja	Unbekannt
Oktopus	Netz	beliebig	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja
ONETEP	PW	3D	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
OpenAtom	PW	3D	Ja	NEIN	NEIN	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
OpenMX	NAO	beliebig	Ja	NEIN	NEIN	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
ORCA	GTO	NEIN	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	bis zu (T)	Ja	Ja	NEIN
PARSEC	Netz	beliebig	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
PQS	Unbekannt	Unbekannt	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	NEIN	bis zu (T)	Ja	Unbekannt	Unbekannt
PSI	GTO	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	bis zu (T)	Ja	Ja	Unbekannt
PyQuante	GTO	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
PySCF	GTO	Ja	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja	Ja	NEIN	bis zu (T)	Ja	Ja	Unbekannt
Qbox	PW	3D	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
Q-Chem	GTO	NEIN	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	Ja	Ja	NEIN	bis zu (T)	Ja	Ja	NEIN
Quantum ESPRESSO	PW	3D	Ja	NEIN	Ja	Unbekannt	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja
RETTUNG	Grid, NAO, PW	Beliebig	NEIN	NEIN	Ja	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	NEIN	NEIN
RMG	Netz	beliebig	Ja	NEIN	NEIN	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
Wissenschaftler	GTO	Ja	Ja	Ja	NEIN	Unbekannt	NEIN	Unbekannt	NEIN	NEIN	Ja	Unbekannt	Unbekannt
SIESTA	NAO	3d ¹²	Ja	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Nr. ²¹
spartanisch	GTO	NEIN	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	Ja	Unbekannt	NEIN	bis zu (T)	Ja	Unbekannt	Unbekannt
TURBOMOLE	GTO	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	Ja	NEIN	bis zu (T)	Ja	Ja	Ja
VASP	PW	3D	Ja	NEIN	Ja	Ja	Ja	Ja	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja
WIEN2k	FP-(L)APW+lo	3D	Ja	NEIN	Ja	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja	NEIN	Ja
Yambo	PW	3D	NEIN	NEIN	Ja	Ja	Ja	Unbekannt	NEIN	NEIN	NEIN	NEIN	Ja
Paket	Basis	Periodisch ^‡	MD	Halbbeschäftigter	HF	TDHF	Post-HF	Abgeordneter	MRCI	CC	DFT	TDDFT	GWA

Nachbearbeitungspakete in der Quantenchemie und Festkörperphysik

Paket	Lizenz ^†	Sprache	Eingang	Ausgabe
ezSpectra ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}	Frei	C++	Schnittstellen zu Q-Chem und anderen Paketen	Franck-Condon-Faktoren, Photoionisationsquerschnitte, Winkelverteilungen von Photoelektronen, magnetische Eigenschaften
Libwfa ^{[ 8 ]}	Frei	C++	Schnittstellen zu Q-Chem und MOLCAS	Natürliche Orbitale, natürliche Übergangsorbitale, Exzitonen-Deskriptor, Dichtedifferenz und andere

Siehe auch

Fußnoten

^† "Akademisch": akademische (kostenlose) Lizenz auf Anfrage erhältlich; "Kommerziell": kommerzieller Vertrieb.

^‡ Unterstützung für periodische Systeme (3D-Kristalle, 2D-Schichten, 1D-Stäbe und isolierte Moleküle): 3D-periodische Codes ermöglichen stets die Simulation von Systemen mit niedrigerer Dimensionalität innerhalb einer Superzelle. Hier wird die Möglichkeit zur Simulation mit niedrigerer Periodizität spezifiziert.

² QuanPol ist ein QM/MM-Paket mit dem gesamten Spektrum (HF, MCSCF, GVB, MP2, DFT, TDDFT, CHARMM, AMBER, OPLSAA), das in GAMESS-US integriert ist. ^{[ 9 ]}

¹⁰ Durch CRYSCOR Archiviert 2019-12-26 im Wayback Machine Programm.

Referenzen

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Weiterführende Literatur

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„NVIDIA GPU-Anwendungen“ . NVIDIA . Abgerufen am 9. Juli 2014 .
„atomistic.software – Atomistische Simulationsprogramme und ihre Zitationstrends“ . GitHub . Abgerufen am 23. November 2021 .

[ACES-1] Lotrich, V.; Flocke, N.; Ponton, M.; Yau, AD; Perera, A.; Deumens, E.; Bartlett, RJ (5. Mai 2008). „Parallele Implementierung von Berechnungen der elektronischen Strukturenergie, des Gradienten und der Hesse-Matrix“. The Journal of Chemical Physics . 128 (19). doi : 10.1063/1.2920482 . ISSN 0021-9606 .

[2] "DFTK.jl: Das Dichtefunktional-Toolkit" .

[3] Wortmann, Daniel; Michalicek, Gregor; Baadji, Nadjib; Betzinger, Markus; Bihlmayer, Gustav; Bröder, Jens; Burnus, Tobias; Enkovaara, Jussi; Freimuth, Frank; Friedrich, Christoph; Gerhorst, christlich-römisch; Granberg Cauchi, Sabastian; Grytsiuk, Uliana; Hanke, Andrea; Hanke, Jan-Philipp; Heide, Marcus; Heinze, Stefan; Hilgers, Robin; Janssen, Henning; Klüppelberg, Daniel Aaron; Kovacik, Roman; Kurz, Philipp; Lezaic, Marjana; Madsen, Georg KH; Mokrousov, Yuriy; Neukirchen, Alexander; Redies, Matthias; Rost, Stefan; Schlipf, Martin; Schindlmayr, Arno; Winkelmann, Miriam; Blügel, Stefan (3. Mai 2023), „FLEUR“ , Zenodo , Bibcode : 2023zndo...7576163W , doi : 10.5281/zenodo.7576163

[4] "Bestellung MOLCAS" .

[5] „MOPAC wurde unter der Open-Source-Lizenz LGPL neu veröffentlicht . “

[6] Gozem, Samer; Krylov, Anna I. (31.05.2021). „Die ezSpectra-Suite: Ein benutzerfreundliches Toolkit für die Spektroskopiemodellierung“ . WIREs Computational Molecular Science . 12 (2). doi : 10.1002/wcms.1546 . ISSN 1759-0876 . S2CID 232154733 .

[7] Alessio, Maristella; Krylov, Anna I. (30.06.2021). „Equation-of-Motion Coupled-Cluster Protocol for Calculating Magnetic Properties: Theory and Applications to Single-Molecule Magnets“ . Journal of Chemical Theory and Computation . 17 (7): 4225–4241 . doi : 10.1021/acs.jctc.1c00430 . ISSN 1549-9618 . PMID 34191507. S2CID 235698464 .

[8] "TheoDORE" . theodore-qc.sourceforge.io . Abgerufen am 15.08.2021 .

[9] Änderungsverlauf von GAMESS

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