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beefly

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[资源] 【beefly个人文集】介绍一个商业量子化学程序Q-Chem

Q-Chem公司成立于1993年，最早是由一批随Pople一起离开Gaussian公司的科学家创建的。从1999年第一个版本1.2发布至今，Q-Chem程序已经开发了10年，成为一个功能十分强大的量子化学程序。和Gaussian一样，Q-Chem的开发成员也是一群牛牛。

今天的Q-Chem程序除了具有Gaussian大部分的功能或类似功能外，还有一些特殊功能，例如，比MP2快一个数量级的RI-MP2，线性标度DFT，各种处理开壳层和激发态的耦合簇方法，支持GPU，等。除此之外，由于很多代码是重新写的，结合了很多先进技术，因此计算速度要比Gaussian的同类方法快得多。

由于历史渊源，Q-Chem程序和Gaussian程序的设计思路非常类似，甚至连一些输入格式，如坐标、基组、ECP也都是一样的。因此用惯Gaussian的朋友，换用Q-Chem程序很容易上手。此外，针对Gaussian输入文件格式死板，不易控制，迷惑用户等缺陷，Q-Chem程序改用类似于namelist的结构把输入命令分成几块，每一块相当于Gaussian的%，route，title，molecule specification，basis，ecp，等部分。下面是一个输入例子。

$comment
water  B3LYP/6-31G*  Single point energy
$end

$molecule
0 1
O
H1 O OH
H2 O OH H1 HOH

OH  = 0.947
HOH = 105.5
$end

$rem
EXCHANGE          B3LYP
BASIS             6-31G*
NBO             true
$end

这有什么好处呢？如果做这样一个让Gaussian抓狂的计算：自定义基组+轨道交换+NBO键级+输出AIM波函文件+不同温度压强和同位素的热化学分析。在没有Gaussian源代码，也不了解计算过程的情况下，你知道哪个输入在先那个在后吗？你知道各个部分之间该有几个空行吗？即是一个理论专家，也要实验多次才能写出一个正确的输入。但是用Q-Chem程序，再也不用管先后顺序了，再也不会无聊到去数空行个数了，再也不会问“为什么自定义ECP基组要输入两次”这类问题了，就连脸上被Gaussian急出来的小痘痘也不见了。不过客观地讲，这种变化与此同时也带来一个缺点，就是分属不同计算模块的关键词（如控制SCF收敛，控制CCSD收敛和控制结构优化收敛的选项）都写在$rem里，毫无层次感，比较乱。

和Gaussian相比，Q-Chem程序目前尚有一些不足之处。例如，大部分Post-HF方法都不能算电子密度；不能做全电子标量相对论计算；ECP基组不支持高角动量投影势函数和基函数，算不了5d以上的重元素；没有半经验方法；不能做周期体系能带计算。对于习惯图形界面工作的朋友来说，最大的不足莫过于Q-Chem没有一个类似于G0xW或GaussView那样的图形工作界面了。不过第三方软件还是有一些的，例如WebMO，GabEdit，以及北师大于建国教授实验室开发的Simu-Q。著名的商业计算软件Spartan也可以看作是加了图形界面的Q-Chem，不过不是给做量化的人用的，特别是在Spartan的最近几个版本里，Q-Chem的输入控制和输出信息大幅减少。

我个人推荐专门为Q-Chem开发的免费程序QUI，因为不仅支持菜单操作（几乎所有的关键词都能在不太复杂的菜单里找到），还可以手工输入一些特殊的关键词。再配上免费的分子建模程序Avogadro，就如虎添翼了。

下载QUI
http://rsc.anu.edu.au/~agilbert/gilbertspace/qui.php

安装和使用方法：
http://www.q-chem.com/wsca_tut.html

Q-Chem程序的售价大约为Gaussian的一半左右，其中还包含了一个价值$100的NBO 5.0程序。可以到主页上申请三个月的试用license。

[ Last edited by yjcmwgk on 2010-6-16 at 21:37 ]

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