|
低标度量子化学程序（Low Scaling Quantum Chemistry, LSQC）是用于大体系线性标度或低标度电子结构计算的程序包，由南京大学黎书华教授、李伟副教授课题组开发。LSQC 1.0版于2006年4月20日发布，当前版本为2019年10月1日发布的2.4版。本文简单介绍LSQC程序包的功能和特点，欢迎有大分子体系计算需求的老师和同学下载使用。
LSQC程序目前主要包含黎书华教授课题组开发的“普适的基于能量分块方法”（Generalized Energy-Based Fragmentation, GEBF）和“分子中的簇”（Cluster in Molecule, CIM）局域相关方法，在程序中分别对应GEBF模块和CIM模块。这两种方法均为线性标度方法，计算时间随体系增大仅线性增加，且可以高度并行化。
一、GEBF简介 LSQC中的GEBF模块是GEBF方法的一种高效的实现。 GEBF方法产生子体系示意图
GEBF方法的计算流程简述如下： (1) 对目标体系进行分块。 (2) 将“块”组合为静电嵌入的初始子体系（primitive subsystem），并用氢原子封端。 (3) 根据容斥原理推出衍生子体系（derived subsystem），保证目标体系的每个原子不重不漏。 (4) 用传统量子化学程序计算子体系的能量或能量梯度（其他性质）。 (5) 组合这些能量或能量梯度（其他性质）得到目标体系的能量或能量梯度（其他性质）。
当子体系使用X方法（如B3LYP）时，记为GEBF-X方法（如GEBF-B3LYP）。子体系的计算可由现有的量子化学软件完成，当前版本只支持Gaussian程序（G09和G16），在后续版本中会支持更多的程序。使用GEBF方法，目前可以实现对数百乃至数千原子的体系进行全量子计算，包括分子团簇、多肽链、蛋白质和折叠体等多种大体系的计算。
LSQC 2.4版支持的方法如下： 半经验方法（AM1、PM3、PM6等，取决于高斯支持的半经验方法） Hartree-Fock DFT（包括B3LYP、M06-2X等，取决于高斯支持的泛函，支持Grimme色散校正） 电子相关方法（MP2、MP3、MP4、CCSD、CCSD(T)）
支持以上方法水平下，如下性质的计算 单点能 结构优化 频率计算 红外强度 Raman强度 零点能 焓 Gibbs自由能 偶极矩 静态极化率 超极化率 核磁共振
计算实例： GEBF-M06-2X/6-31G(d)水平结构优化
582原子，6126基函数 计算时间：15小时 (16核)
二、CIM简介 CIM模块是CIM方法的一种高效的实现。CIM局域相关方法适合于对大体系进行post-HF计算。在CIM方法中，首先对整个分子进行HF计算，并将所得占据轨道局域化。每个局域占据分子轨道分别充当一次中心分子轨道，以其为中心，加上与之空间相邻的占据轨道和空轨道，共同构成一个轨道簇，记为簇P。这样，对于给定的局域占据分子轨道，其相关能的贡献可以通过求解簇P的MP2或CC方程而获得。轨道相关能在X方法（如MP2）下求得，则记为CIM-X方法（如CIM-MP2方法）。
CIM方法与GEBF方法类似，都可进行大体系的后HF计算。但由于CIM方法基于轨道对体系进行分片，相比GEBF方法更加黑箱化。部分体系，如金属氧化物、石墨烯分子片等难于进行基于原子的分片操作的体系，可以使用CIM方法计算。目前HF计算依赖免费开源程序PySCF。
LSQC 2.4版支持的方法如下： 目前仅支持以上两种方法的单点计算。同时当前版本也支持中等大小体系的传统MP2和RI-MP2的计算。
计算实例： CIM-RI-MP2/def2-TZVP 单点
884原子，19660基函数 计算时间（相关能部分）：36小时 (24核)
三、程序获取 LSQC对学术用户免费，可以在官方网站： http://itcc.nju.edu.cn/lsqc 上下载使用。官方还提供了详细的安装和使用文档，欢迎大家使用。
| 
发表于 Post on 2019-11-17 20:02:28
|
只看该作者 Only view this author
|只看大图 View big picture
|倒序浏览 Reverse view
|阅读模式 Reading model
收藏 Add to favorites
楼主 Author