Turbomole是德國卡爾斯魯厄大學R. Ahlrichs教授領導的理論化學小組開發的一組量子化學計算程式。
基本介紹
- 中文名：Turbomole
- 簡介：德國卡爾斯魯大學R.Ahlrichs領導
- 代碼：進行HF，DFT，MP2計算最快最穩定
簡介,功能,
簡介
Turbomole被認為是進行HF，DFT，MP2計算最快最穩定的代碼之一。它的特色不是新方法和新功能，而在於解決如何用儘量短的時間和儘量少的記憶體需求，快速、穩定地處理工業套用型的分子。特別是它獨有的RI-DFT方法，據稱可以較其它大多數DFT程式節省10倍的CPU時間，因此非常適合於大分子計算或中等分子的重複性計算（如幾何最佳化）。Turbomole目前支持串列和並行兩種計算模式，可以運行於大多數主流UNIX平台上。TURBOMOLE今後將由COSMOlogic公司負責管理和銷售。可以下載DEMO版，在Linux系統中運行。
功能
1. 基本算法和性能：
半直接算法可以調整主記憶體和硬碟空間需求；Fortran 90動態記憶體分配；用於數值積分穩定和準確的格線；記憶體和硬碟空間要求低；可以使用所有的點群；用RI技術對雙電子積分做近似（用於MP2、DFT、CC2）；使用線性標度算法降低記憶體需求。
2. 能量計算：
對於閉殼層和開殼層體系，可以進行的計算類型有：SCF（也就是Hartree-Fock），高效的RI技術用於MP2、CC2、DFT，此外還能進行從頭分子動力學（AIMD）計算；使用多極加速RI-J近似的O(N)-RIDFT；COSMO程式對能量進行閉殼層和開殼層計算；CIS、CIS(D)、CC2、TDHF (RPA)或TDDFT計算電子激發能，可用於自旋非限制情況；CIS、TDHF和TDDFT的激發能計算可以用Block-Davidson算法；RI-TDDFT方法。
3. 能量梯度和能量二階微分：
力場級別的全局力場(UFF)進行幾何最佳化和解析笛卡爾Hessian計算；DFT級別的解析閉殼層Hessian計算；能量和梯度的閉殼層和開殼層計算；使用約化梯度的過渡態尋找算法；CPHF用於作用力的計算；COSMO程式對梯度進行閉殼層和開殼層計算；部分使用了RI近似的解析二階導數計算；CIS、RPA和TDDFT進行激發態幾何最佳化以及（數值的）力常數計算；RI-CC2對基態進行幾何最佳化和力常數計算（使用數值的Hessian）。
4. 分子性質計算：
SCF、DFT或MP2級別的GIAO方法計算NMR；RI-CC2計算基態和激發態的單電子特性；CIS、RPA和TDDFT計算激發態特性；RI-TDDFT方法計算動態極化率和旋光色散。
5.7版新增功能：
ECP支持到l-角動量。
改善了到d-函式的解析二階導數計算。
二階代數圖解精度ADC(2)的激發能。
顯示基態、激發態的電子密度和微分密度。
在TDDFT中使用RI-J近似，用於激發態特性，幾何最佳化，和（數值）力常數的計算。
用於多級加速RI-J (MARIJ)的解析梯度。
加入TPSS和TPSSH兩種meta-GGA泛函（用於能量和梯度），包含RI-J。
輔助基函式最佳化的梯度，用於RI-MP2和RI-CC2計算。
4-zeta價電子質量的基組，用於原子H-Kr。
改善的過渡態最佳化；增加了新的基態幾何最佳化程式。
自旋非限制的精確交換方法，用於LHF近似。
更容易閱讀的使用手冊電子文檔。
5.8版新增功能：
1. 對從H到Rn的元素（除鑭系外）加入新的基組，對周期表的元素有一致的精度；
2. 加入5p和6p元素的小核ECP及相應的基組；
3. ECP程式支持g-投影（僅用於能量和梯度）；
4. 並行多極加速RI-J方法（MARI-J）；
5. 更快的積分程式，特別用於RI處理；
6. 對分子特性、波函分析工具和到圖形工具的接口程式改善了功能，並簡化了操作；
7. RI-CC2的激發態解析梯度；
8. 對RI-MP2和RI-CC2基態能量，以及RI-CIS(D)，RI-CC2和RI-ADC(2)激發態能量實現並行化；
9. 輸入模組的定義完全支持ricc2程式；
10.對使用QZVPP (H-Kr)和cc-pwCVXZ (B-Ne, Al-Ar)軌道基組的RI-MP2/RI-CC2計算加入了輔助基組；
11.COSMO包括對稱性和更穩定的A-矩陣設定；
12.分子動力學中加入鍵長限制以及凝聚相中的虛空穴；
13.友好的新輸入生成程式TMOLE，具有多種功能（如Z-矩陣輸入，勢能曲線計算，等）；
14.新的DIIS方法和阻尼，默認用於加速SCF收斂；
15.當最小化和過渡態最佳化失敗時，自動在內坐標和直角坐標間切換；
16.最大原子數目和基函式數目分別增加到700和10000。
5.9版新增功能：
1. 方法：
a. RI-J用於Hartree-Fock和DFT混合泛函，提高效率；
b. RI-JK梯度和DFT混合泛函計算的增強
c. aoforce模組增強，可進行一直到g函式基組和一直到g投影的ECP的解析諧振頻率計算；
d. RI-CC2/RI-MP2：對基態和激發態的梯度並行化，以及激發態ADC(2)和CIS(D_infinity)的梯度；
e. MD：使用Nose-Hoover溫度控制的有限溫度正則Born-Oppenheimer分子動力學；
f. NPA：Weinhold的自然布居分析；
g. 新的自動最佳化方法用於最低點和過渡結構；改善了內冗餘坐標的總穩定性及生成；
h. RI-MP2-R12：閉殼層和開殼層體系的單點顯式關聯RI-MP2-R12能量；
i. BSSE：完全函式平衡方法執行結構最佳化，可避免基組重疊誤差。
2. 效率：
a.RI-J結合Hartee-Fock交換，使得大型Hartree-Fock或DFT混合泛函的計算加速；
b.MARI-J (多極加速RI-J)：在減少總計算量的前提下提高了精度；
c.更好的並行加速度；
d.aoforce模組：提高了效率。
3. 基組和輔助基組：
a.鑭系和錒系直到Lr的基祖；
b.RI-J輔助基組(jbasen)用於def2-基組（H-Rn）以及def-基祖（鑭系和錒系）；
c.RI-JK輔助基組(jkbasen)用於所有的三、四zeta價電子基組，包括鑭系和錒系；
d.用於RI-MP2和RI-CC2的新輔助基組(cbasen)，包括：def2-QZVPP用於Rb-Rn（不包括鑭系）；def2-SVP，def2-TZVP，和def2-TZVPP用於H-Rn（不包括鑭系）；(aug-)cc-pVXZ-PP和(aug-)cc-pwCVXZ-PP，其中X=D,T,Q,5，用於Cu，Ag，Au和Zn，Cd，Hg；
e.一直到l函式的輔助基組。
4. DFT求積分：
a.新的格點用於鑭系和錒系直到Lr；
b.格點最佳化：DFT不再有“未最佳化格點”；
c.DFT格點擴展到彌散情況；
d.修改了積分的數值問題。
TURBOMOLE 5.9.1的新功能：
1. Linux/PC和Itanium2/Linux並行版使用HP-MPI。
2. statpt可以固定笛卡爾坐標；更穩定的內坐標。
3. Windows版的Turbomole。
4. 新的圖形用戶界面TmoleX。
TURBOMOLE 5.10的新功能：
1. 振動拉曼強度：含頻TDHF和（雜化）TDDFT極化率的解析二階導。
2. 自旋軌道耦合：用自旋軌道ECP的二分量RI-Hartree-Fock和RI-DFT計算。
3. SCS-RI-MP2：閉殼層HF和UHF參考態、並行和串列執行的能量及梯度。
4. 周期點電荷：用於HF和DFT的能量和梯度計算。
5. DFT+D：包含色散的DFT。
6. COSMO用於RI-MP2計算。
7. 特性：Merz-Kollman ESP擬合。
8. 自旋反轉用於破缺對稱性的處理。
9. 改善了效率：基於RI-HF的RI-MP2/RI-CC2梯度和特性；NumForce可以操作凍結笛卡爾坐標；NumForce和jobex可以把RI-JK和RI-MP2/RI-CC2一起使用。
10.工具：用二進制格式保存分子軌道檔案；tm2molden支持g函式；3D格點檔案使用cube格式；把振動頻率輸出轉化到G98格式。
TURBOMOLE 6.0的新功能：
1. 功能：SCS-CC2計算基態和激發態的能量，梯度，躍遷矩及一階特性；解析二階導數支持meta-GGA泛函（TPSS，TPSSh） ；MP2-F12；點電荷的梯度用於QM/MM；MP2-COSMO梯度；流程圖管理腳本MoleControl；DFT積分使用不同的密度。
2. 效率：DFT基態能量計算用差分密度加速；默認最佳化程式從relax改為statpt；臨界點計算和固定最佳化坐標更穩定；改善了解析二階導計算的效率；ADC(2)級別的並行梯度和回響特性已經完全工作。
3. 工具：MoleControl用Python腳本控制任務；分析二分量相對論波函；vibration腳本產生gnupolt輸入檔案，顯示IR振動光譜；輸出軌道到AOMix程式；對post-SCF熱力學特性使用換算的等密度空穴進行COSMO計算；簡化COSMO的安裝；簡化了特性和波函分析；基組庫添加了更多基組；改變了並行版本的默認設定。
TURBOMOLE 6.1的新功能：
1. 功能：N自旋標度SOS-RI-MP2；更快的MP2-F12；CC2激發態之間的單電子躍遷距；C1點群的Douglas-Kroll-Hess能量；並行的增強。
2. 效率：對於AMD CPU，速度提高了30%；提高了並行版的速度；MPI版減少了主節點的CPU使用。
TURBOMOLE 6.2的新功能：
1. 功能：首次執行CCSD，CCSD(F12)各種變體，以及CCSD(T)（ricc2模組）。
2. 效率：用OpenMP並行執行LHF（dscf模組）。
3. 使用：TmoleX 3.0：加入預最佳化工具MOPAC7，顯示光譜，PES掃描的新方法，支持TURBOMOLE的更多功能；LHF支持到h函式和使用ECP的重元素；在用戶定製的格點上繪製交換關聯勢圖；MoleControl 2.1版。
