Q-Chem量子化學軟件

電子結構從頭計算程序，可以對分子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)進行第一定律計算。

Q-Chem功能特征

新DFT功能選擇

1. 縱向冗余校驗功能（Long-ranged-corrected (LRC) functionals）
2. Baer-Neuhauser-Livshits (BNL) functional
3. ωB97變異功能
4. 限定的二位傅立葉變換(CDFT)
5. Grimme’s 實證差異校正

溶劑化模型

1. 針對水和有機化合物的SM8模型（能源和分析梯度）
2. 更新到翁薩格反應場（Onsager reaction-field）模型

分子間相互作用分析

1. SCF超臨界與絕對本地化分子相互作用的分子軌道(SCF-MI）
2. 緊接著SCF-MI的 Roothaan-step (RS)校正
3. 能量分解分析（EDA）
4. 互補虛擬對（COVP）的電荷轉(zhuǎn)移分析
5. 自動化的基礎上組重疊誤差（BSSE）計算

電子轉(zhuǎn)移分析

G3Large的基礎上設立過渡金屬元素

新MP2選項

1. 雙基RIMP2能量和變化程度分析
2. O2能源和變化程度

新的基于波函數(shù)的計算方法，有利于激發(fā)態(tài)計算

1. SOS-CIS(D)能源激發(fā)態(tài)
2. SOS-CIS(D0)能源和變化程度激發(fā)態(tài)

QM/MM法

1. QM/MM全麻評估（hessian evaluation）
2. QM/MM移動麻塊（MBH）評估
3. 描述與高斯離域電荷的MM原子

波函數(shù)分析工具

1. 計算機運作的本地化軌道的改進算法
2. 分布式多極分析
3. 分析Wigner intracule

其他特征

基態(tài)自洽場方法

1. Hartree-Fock方法
◆ 限制性，非限制性，和限制性開殼層形式
◆用于結構優(yōu)化的解析一階導數(shù)
◆用于諧振頻率分析的解析二階導數(shù)

2. 密度泛函理論
◆局域泛函和梯度校正泛函。交換泛函：Slater，Becke'88，Perdew'91，Gill'96，Gilbert-Gill'99，Handy -Cohen OPTX。關聯(lián)泛函：VWN5，Lee-Yang-Parr，Perdew-Zunger'81，Perdew'86，Wigner， Perdew'91。EDF1交換-關聯(lián)泛函。用戶定義的交換-關聯(lián)泛函。
◆HF-DFT混合泛函：B3LYP，B3PW91，B3LYP5，用戶定義的混合泛函。
◆基于數(shù)值格點的數(shù)值積分方案：SG-0標準網(wǎng)格，SG-1標準網(wǎng)格，Lebedev和Gauss-Legendre 角向積分方案.
◆用于結構優(yōu)化的解析一階導數(shù)
◆用于諧振頻率分析的解析二階導數(shù)
3. 線性標度方法
◆傅立葉變換庫侖方法
◆連續(xù)快速多極方法
◆線性標度HF交換方法
◆基于格點的線性標度積分，用于交換-關聯(lián)泛函求值
◆線性標度NMR化學位移
4. AOINTS包用于雙電子積分
◆結合了高性能積分技術的最新進展；COLD PRISM；J-矩陣引擎。
5. SCF改進
◆in-core和直接SCF的最優(yōu)混合
◆DIIS
◆初始猜測方案：重疊球平均原子密度，廣義Wolfsberg-Helmholtz，從小基組投影，芯哈密頓量的猜測
◆SCF波函的穩(wěn)定性分析
◆最大重疊方法
◆Fock矩陣的直接最小化
◆極化原子軌道對分子優(yōu)化的最小基

基于波函的電子關聯(lián)處理

1. Mller-Plesset微擾理論
◆限制性，非限制性，和限制性開殼層形式
◆直接和半直接方法計算能量
◆半直接方法的解析梯度，用于限制性和非限制性形式
◆在MP3，MP4和MP4SDQ方法的解析梯度計算中處理凍芯軌道
2. 局域MP2方法
◆根據(jù)物理圖象截斷完全MP2的能量表達式，從而減少計算量減少計算量相對于分子尺寸的標度，近似為兩倍，卻不明顯丟失精度。
◆應用外推PAO用于局域校正
◆可以使用分子中的雙原子和分子中的三原子技術
3. RI-MP2
◆比MP2和局域MP2快十倍
4. 耦合簇方法
◆CCSD：能量，以及作為能量有限差分的梯度EOM-XX-CCSD；XX = EE, EA, IP, SF，能夠靈活處理自由基，鍵的斷裂，以及對稱破缺問題
◆耦合簇能量的非迭代校正：三級校正CCSD(T)，三級和四級校正CCSD(2)
◆廣泛應用分子點群對稱性，以改善效率
◆二次雙激發(fā)耦合簇
◆QCISD，QCISD(T)和QCISD(2)用于能量
◆DIIS用于收斂加速
◆凍芯近似，用于增加可處理體系的尺寸
5. 優(yōu)化軌道的耦合簇方法
◆優(yōu)化軌道的雙激發(fā)耦合簇(OD)：可避免人為的對稱破缺問題；優(yōu)化平均場參考軌道使能量最??；Brueckner耦合簇；OD，OD(T)，和OD(2)的能量及梯度
◆優(yōu)化價軌道的耦合簇方法(VOD)：傳統(tǒng)CASSCF方法的耦合簇近似；在價活性空間利用截斷的OD波函；比CASSCF有更少的磁盤空間需求和更小的體系標度，可處理較大體系；VOD，VOD(T)，VQCCD和VOD(2)的能量及梯度

激發(fā)態(tài)方法

1. 支持的計算類型
◆垂直激發(fā)吸收譜
◆通過激發(fā)態(tài)能量的有限差分，進行激發(fā)態(tài)的結構優(yōu)化
◆UCIS和RCIS進行激發(fā)態(tài)的振動分析
◆自旋反轉(zhuǎn)DFT
2. CIS方法
◆從Hartree-Fock基態(tài)波函計算激發(fā)態(tài)：獲得定性的單電子激發(fā)態(tài)；結構與頻率與基態(tài)Hartree-Fock結果有可比性
◆高效的直接算法用于計算閉殼層和開殼層體系的能量、解析梯度和二階導數(shù)
◆XCIS用于二重和四重態(tài)計算
◆雙激發(fā)微擾校正CIS(D)，可使CIS誤差減少兩倍或更多，接近于MP2
3. TDDFT
◆從Kohn-Sham基態(tài)波函計算激發(fā)態(tài)能量
◆對于低位價激發(fā)態(tài)，TDDFT比CIS有相當大的改善，但只有相近的計算量
◆提供激發(fā)態(tài)中關聯(lián)效應的內(nèi)在圖像
◆自由基的低位價激發(fā)態(tài)，比CIS有相當大的改善
◆自旋反轉(zhuǎn)密度泛函理論(SFDFT)：把TDDFT推廣到低位價激發(fā)態(tài)之外；可用于鍵斷裂的過程，以及自由基和雙自由基體系。
4. 基于耦合簇的激發(fā)態(tài)方法
◆EOM-CCSD自旋反轉(zhuǎn)激發(fā)態(tài)方法：改善了雙、三自由基體系的處理；結合單行列式波函處理鍵斷裂問題；◆可用于OD和CCSD理論級別
◆OOD方法：與CCSD激發(fā)態(tài)方法有幾乎相同的數(shù)值性能；比TDDFT精度更高，到計算量更昂貴
◆EOM-VOOD方法：類似于EOM-CCSD，但使用VOOD方案
◆激發(fā)態(tài)特性計算：躍遷偶極矩和結構
5. 分解分析
◆顯示電子躍遷的工具，用于把電子躍遷分類為價躍遷、Rydberg躍遷，混合躍遷，或電荷轉(zhuǎn)換

特性分析

1. 自動結構優(yōu)化和過渡態(tài)優(yōu)化

◆使用Jon Baker博士的OPTIMIZE程序包，用約化內(nèi)坐標保證迅速收斂，避免初始力常數(shù)矩陣
◆具有一般約束的結構優(yōu)化：可施加于鍵角，二面（扭轉(zhuǎn)）角，或平面外的彎曲；直角坐標中凍結原子；◆約束不一定要加在初始結構上
◆優(yōu)化使用笛卡爾，Z-矩陣或離域內(nèi)坐標
◆本征矢跟蹤算法，用于過渡態(tài)和最小化
◆GDIIS算法用于最小化：使到平衡結構的收斂獲得極大加速
◆內(nèi)反應坐標跟蹤：沿著反應路徑的連續(xù)平衡結構和過渡態(tài)
2. 振動光譜
◆自動調(diào)用解析和數(shù)值二階導數(shù)
◆紅外和拉曼強度
◆輸出標準的統(tǒng)計熱力學信息
◆同位素替換，用于與實驗進行比較
◆非諧性校正
3. NMR屏蔽張量
4. 自然鍵軌道分析
◆使用NBO 4.0
5. Stewart原子
◆從分子密度重新獲得原子特性
◆Q-Chem用單位分解方法計算這些值
6. 動量密度
7. Intracules
◆獨特的雙電子函數(shù)，提供分子中庫侖能和交換能關于位置和動量的最詳盡信息
8. 分子中的原子
◆利用免費的AIMPAC進行AIM分析
9. 溶解模型
◆簡單的Onsager反應場模型
◆Langevin偶極模型
◆SS(V)PE：一種新的電解質(zhì)連續(xù)模型
10.基于Dirac-Fock理論的相對論能量校正
11.對角絕熱校正
◆計算Born-Oppenheimer對角修正，研究核與電子運動絕熱距離的分解

基組：

◆高斯基組
◆贗勢基組
◆ 用戶定義的基組和贗勢
◆ 基組重疊誤差(BSSE)校正

QM/MM

◆到CHARMM的接口

◆ONIUM

其他

◆Q-Chem的功能已經(jīng)完全整合到Spartan程序中，在圖形用戶界面下計算更簡單.