Turbomole 概述
TURBOMOLE一款用于模擬氣相和溶劑效應的強大的量子力學代碼。TURBOMOLE可用于計算氣態或溶劑中分子系統的結構、能量、電子性質和光學性質,以及計算高精度和高可靠性的基態或激發態。Turbomole中采用的算法有:Hartree-Fock (HF),MP2, DFT, TDFT以及CC。Turbomole可以快速穩定地處理工業應用型的分子,廣泛的應用于化工、材料學和藥劑學。
TURBOMOLE的功能概述
★ 計算任務
* 采用穩健有效的算法進行結構優化
* 第一原理分子動力學方法
* 采用本征向量跟蹤方法進行過渡態優化
* 基于TDFT方法處理激發態
★功能
* HF,DFT(LDA,GGA以及雜化泛函),MP2,CIS,CIS(D),CC2和TDFT方法
* 采用恒等分解進行快速計算
* RHF, UHF, ROHF類型計算有效核勢 (ECPs)
* DFT泛函:
·LDA:Slater-Dirac exchange,SVWN, VWN, SVWN, PW
·GGA: B-exchange, B-LYP,BVWN, LYP, BP86, PBE
·雜化: Bh-LYP, B3-LYP,B3-LYP, PBE0
* 基組: 所有Gaussian發表的基組
* 對稱性
* 電場微擾響應
* 電場下的結構優化
* 基于TDFT方法處理激發態
*基本屬性計算(電荷密度、分子軌道)
★性質
* 靜態和頻率相關極化率, 旋光度
* 電子激發
* 力常數,振動頻率,
* IR和拉曼強度
* 過渡態
* 相對論修正
* 靜電勢,靜電場,抗磁性屏蔽
* NMR
* UV-VIS 和CD光譜
* 用COSMO計算溶劑效應
*Mulliken 和Lodin電荷分析，布居分析，偶極矩、四極和八極極矩
Turbomole特色
TURBOMOLE的杰出功能
1. 直接和半直接算法可以調整主內存和硬盤空間需求
2. 充分利用所有的有限點群
3. 高效地的積分算法
4. 用于數值積分的穩定和準確的網格
5. 內存和硬盤空間要求低
TURBOMOLE的特點
★ 關鍵方法
* 限制性、非限制性及限制性開殼層波函數
* 包含了最流行的交換相關函數，如LDA,GGA,雜化泛函等的密度泛函理論
* Hartree-Fock (HF) 和 DFT響應計算：穩定性、動力學響應性質和激發態
* 二中組分的相對論計算，包括針對所有交換相關還書的自旋軌道作用
* 大分子的MP2 微擾理論
* 基態和激發態的CC2方法
* 處理溶液效應的COSMO方法
* 力場級別的全局力場(UFF)
★ 關鍵性質
* 至最低點和鞍點(過渡結構)的結構優化
* 分析HF和DFT計算以及其它方法的振動頻率和振動光譜
* DFT，HF，MP2方法的NMR 屏蔽常數
* 基于第一原理的分子動力學
★ DFT 和 HF方法考慮基態和激發態
* 高效地的RI和多極加速RI(MARI)近似，實現了DFT計算包含上百個原子的超大尺寸的分子系統
* 分析基態的力場常數，振動頻率和振動光譜
* DFT計算的經驗離散修正
* 電子Hessian本征值(穩定性分析)
* 頻率相關極化率和光旋度
* 垂直電子激發能
* 躍遷矩，電子激發態的震蕩和旋轉強度，UV-VIS和CD譜
* 相對于原子核位置的基態和激發態能量的梯度值;激發態和基態的平衡結構;絕熱激發能量，發射光譜
* 激發態電子密度，電荷矩，Population分析
* 梯度數值微分計算激發態力場常數，振動頻率和振動光譜
★ MP2和CC2方法
* 高效RI近似提高計算效率
* 閉殼層HF和非限制性UHF參照態
* 串行和并行(通過MPI)執行計算(MP2-R12除外)
* MP2，SCS-MP2和CC2計算基態能量和梯度
* MP2-R12基態能量
* CC2, ADC(2) 和CIS(D)激發態能量
* CC2躍遷矩
* CC2和ADC(2)激發態能量
Turbomole版本信息
Turbomole7.0和TmoleX 4.1發布!
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重要提示:
Turbomole7.0開始用不同的模塊處理ricc2計算：MP2、CC2和ADC(2)等計算用ricc2模塊，CCSD和CCSD(T)計算使用ccsdf12模塊!
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a) 新特點:
- DFT 可處理周期體系 (新模塊: riper)
riper模塊基于RI-DFT計算分子和周期體系的基態總能 [1]
- 低標度MP2和MP2-F12 (新模塊: pnoccsd)
Pnoccsd模塊包含基于對自然軌道的相關方法(雜化OSV-PNO近似)，低成本、高效處理大體系(目前僅限于MP2) [2,3]
- TDA框架內雙組份雜化TD-DFT (escf) [4]
- 雙組份GW方法 (escf) [5]
- 雙組份CCS、ADC(2)、CIS(inf)、和CC2激發能計算，ADC(2)和CC2(ricc2)激發態躍遷距計算 [6]
- 自定義和多個預定義密度泛函(ridft、rdgrad、dscf、grad、aoforce、escf) 支持XCFun1.99庫 (https://repo.ctcc.no/projects/xcfun/wiki)
b) 效率:
- RI-RPA支持基于OpenMP的并行(rirpa)
c) 適用性:
- 取消了原子數目和基函數數目限制
- 新工具和腳本：
+ 交互式性質計算模塊(新模塊: proper)
Proper可交互的完成一階屬性計算包括，單電子密度、布局數分析和生成與可視化軟件交互的接口文件
+ 能量分解分析(EDA) (ridft和新模塊promowa)
+ Grimme PBEh-3c泛函，包括DFT-D3和gCP [7]
- TmoleX 4.1:
+ 添加了2D結構編輯模塊JChempaint
+ 2-c ECPs
+ 激發態勢能掃描
+ 重新架構軌道/密度畫圖功能
+ 簡化并擴展了遠程機器管理功能
d) Bug修復:
- 提高SMP/GA版本ridft/rdgrad的自動清理的穩定性
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[1] A. M. Burow, M. Sierka. Linear scaling hierarchical integration scheme for the exchangecorrelation term in molecular and periodic systems. J. Chem. Theory Comput. 7, 3097-3104 (2011).
[2] G. Schmitz, B. Helmich, C. Haettig. A O(N^3) scaling PNO-MP2 method using a hybrid OSV-PNO approach with an iterative direct generation of
OSVs. Mol. Phys. 111, 2463-2476 (2013)
[3] G. Schmitz, C. Haettig, D.P. Tew. Explicitly correlated PNO-MP2 and PNO-CCSD and its application to the S66 set and large molecular systems.
Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 22167-33178 (2014)
[4] M. Kuehn, F. Weigend. Two-component hybrid time-dependent density functional theory within the Tamm-Dancoff approximation. J. Chem. Phys.
142, 034116 (2015).
[5] M. Kuehn, F. Weigend. One-Electron Energies from the Two-Component GW Method. J. Chem. Theory Comput. 11 (3), 969-979 (2015).
[6] K. Krause and W. Klopper, Description of spin-orbit coupling in excited states with two-component methods based on approximate coupled-cluster theory, J. Chem. Phys., 142 (2015), 104109
[7] S. Grimme, J. G. Brandenburg, C. Bannwarth, A. Hansen JCP, submitted
Turbomole最新版本為6.6版本
a) 新特點：
- 反應路徑優化(新模塊：woelfling)
在等距離結構的唯一束縛條件下由線性同步轉變(LST)開始，接著采用狀態鏈方法(chain-of-states method)優化反應路徑。與NEB方法或Growing String 方法不同，我們的方法不需要彈簧力、插值算法、或其他的啟發式結構分布控制。[1]
- 一階電子震動耦合(新模塊：evib)
- GW近似下多體微擾理論 (escf)
- 激發態計算ADC(2)中溶劑化效COSMO (ricc2)
- M06和M06-2X泛函(ridft、rdgrad、dscf、grad、aoforce、escf)
可與XCFun庫(https://repo.ctcc.no/projects/xcfun/wiki)更容易交換試用泛函。
- 根據顯式相關MP2-F12 (ricc2)計算CCSD(T)能量
- RI-RPA 梯度計算 (rirpa)
- 雙組分RI-RPA能 (rirpa)
- 雙組分TD-DFT 計算自選軌道效應(escf)
- 基于密度的類VV10色散修正(ridft, rdgrad) [2]
b) 效率：
- MP2/COSMO包含在ricc2，取消了rimp2模塊
c) Usability:
- 鑭系元素的def2基組[3]
- 新腳本和工具：
+ scanprep. 準備掃描路徑
+ log2rog. 計算回旋半徑
+ past. 打開坐標在主軸系統，并打印轉動常數
+ NumGrad, NumHess. 計算數字梯度和二階導數
- TmoleX 4.0:
+ 全新風格和一些代碼重組
+ 改進建模功能，更適合化學風格
+ 過渡態搜索新選項：反應路徑采樣
+ 在線監測升級版本
d) Bug fixes:
- 單臺機器上同時提交多個并行任務(SMP/GA，ridft/rdgrad)
- define定義小分子對稱性
[1] P. Plessow. Reaction Path Optimization without NEB Springs or Interpolation Algorithms. J. Chem. Theory Comput., 9(3), 1305-1310, (2013).
[2] W. Hujo, S. Grimme. Performance of the van der Waals Density Functional VV10 and (hybrid)GGA Variants for Thermochemistry and Noncovalent Interactions. J. Chem. Theory Comput. 7(12), 3866, (2011).
[3] R. Gulde, P. Pollak, and F. Weigend. Error-Balanced Segmented Contracted Basis Sets of Double- to Quadruple-Zeta Valence Quality for the Lanthanides. J. Chem. Theory Comput., 8(
Turbomole的最新版本為6.5版本
★特點：
- CCSD垂直激發能量
- MP2 & CC2 計算極化[1]
- MP3(F12)和MP4(F12)能
- 新的odft模塊，基于所有orbital-dependent Kohn-Sham DFT方法包括LHF和優化交換能的有效勢新方法(OEP-EXX) [2]
★效率：
- Linux版本：在新Intel 或AMD的CPU上的加速
- RI-K梯度計算的SMP并行版本
- 增強的ridft和rdgrad的SMP并行版本
- 新的dscf、grad、ridft和rdgrad的SMP并行版本
- 支持IBM Platform MPI (8.2) http://www-03.ibm.com/systems/technicalcomputing/platformcomputing/products/mpi
Turbomole不需要第三方MPI環境，可運行并行任務。包括SMP并行和由快速網絡(如 Infiniband)連接的跨界點并行VV10基于密度的色散力修正Hujo和Grimme [3]
詳細介紹，請致信support@tech-box.com
- 可極化的嵌入式RI-CC2方法T. Schwabe [4]
需要第三方程序，詳細信息請致信support@tech-box.com
★易用性：
- 新腳本MECPprep和MECPopt可運行能量優化和交叉點優化
- 新輔助基組支持RI-MP2和RI-CC (cbasen)，并由H-Rn (without Lanthanides)支持def2-SVPD 、def2-TZVPD、def2-TZVPPD、def2-QZVPPD
+ 新特點：批處理任務 可定義一個任務模板，批處理一個或多個不同任務(基組、方法、電荷和任務種類等) ，并應用 它到系列分子中?？山坏奖緳C或遠程服務器上。
+ 新特點：簡單的內建作業排隊系統。 指定所需CPU數目，TmoleX可同時提交多個任務。它只能自動提交有限數目的任務，到空閑 的CPU上。
+ 新特點：支持TDA (Tamm-Dancoff)，增加ESP 和EPN (electrostatic potential at nuclei) + MOs支持WFN、molden和AOMix。
+ 改進： 易于在等密度面上畫靜電勢，通過TmoleX查詢任務狀態
★錯誤修正：
- 修正MPI并行版收斂以后在dscf最后步驟能量計算給出錯誤值
- 修正二階響應DFTD3計算中數值錯誤
注： 部分新SMP并行特點只能運行于Linux64位平臺
Turbomole的最新版本為6.4版本
DFT/TDDFT：
RI-RPA
+ 二階導數分析(aoforce模塊)
+ TDDFT 激發態能量計算和結構優化(escf和egrad模塊)
+ CCSD和CCSD(T) (ricc2模塊)
non-adiabatic TDDFT surface hopping
spin-flip TDDFT
semi-numerical HF exchange for one- and two-component calculations
gradients for 2c-DFT energies
FDE, frozen density embedding (dscf module only)
優化后的Gaussian基組外加彌散函數到Karlsruhe基組：def2-SVPD, def2-TZVPD, def2-QZVPD
post-Hartree-Fock:
CCSD excitation energies
O(N4) implementation of SOS-CC2 excitation energies
Efficiency：
parallel SMP version for CCSD(F12)
parallel MPI versions of dscf and grad can skip time demanding
+ pre-job step which determines the task distribution for large molecules
+ by setting environment variable $SKIP_PARASTAT=yes
+ NOTE: use with care, it assumes that you are not using more CPUs than symmetry non-redundant shells.
max. number of CPUs for parallel MPI jobs increased to > 2000
new option nocheck for point charges skips check for overlapping point charges and correct symmetry. Significantly faster if many point charges are given.
new version of Platform MPI (8.2) is included in the Turbomole distribution, for details see:
Usability:
new script DRC for performing dynamic/intrinsic reaction coordiante calculations
interface to the hotfcht program from R. Berger http://fias.uni-frankfurt.de/~berger/group/hotFCHT/index.html
full 64bit version with huge parameter set (up to 1400 atoms) for Linux systems will be available in addition to the default version. Those binaries will use more memory and run a bit slower, but should be able to use a more or less unlimited amount of memory and disk space.
TmoleX 3.3:
+ molecular builder with new simple paint-tool
+ job templates can handle multi-jobs, for example
+ combine results from different jobs, including export to Excel file and (for simple organic molecules) 2D graphics
+ New viewer for spectra, including broadening of lines using Lorentz or Gaussian
+ finite temperature contributions from vibrational frequencies
+ POV-Ray export of molecular orbitals
+ support of DFT-D3 with BJ damping
+ diffuse basis functions def2-SVPD, def2-TZVPD, def2-QZVPD supported
+ new FINE cavity for COSMO single-point energies can be chosen
Turbomole的最新版本為6.3版本
新特性：
支持共享內存式并行(SMP)，包括：
+ 二階導數分析(aoforce模塊)
+ TDDFT 激發態能量計算和結構優化(escf和egrad模塊)
+ CCSD和CCSD(T) (ricc2模塊)
CCSD和CCSD(T) 方法中D2h和其子群中的對稱性
可重新計算震動頻率計算(aofoce模塊)
垂直激發態TDDFT能量計算中可完全考慮COSMO溶劑化效應(escf模塊)
效率更高的CCSD(F12*)，可替代CCSD(F12)
自選軌道耦合中雙組分MP2-F12能量計算(ricc2模塊)
優化后的Gaussian基組外加彌散函數到Karlsruhe基組：def2-SVPD, def2-TZVPD, def2-QZVPD
分段簡化的基組，針對單和雙組分 Dirac-Fock有效核勢
支持DFT-D3色散校正(源碼來自于Grimme小組)，包括二階導數(aoforce模塊，新關鍵詞$disp3)
效率：
Turbomole軟件包包括MPI7.1平臺
可用性：
設置新的并行運行環境，針對共享內存(SMP)/多核系統
新的腳本“evalgrad”，可監控結構優化或MD計算過程中的鍵長、鍵角、二面角
新工具“themocalc”根據用戶的計算協議，可批量計算原子能和生成熱
數字力轉換可使Hessian和震動模型方便的移植到原有的control文件中，供后續過度態搜索計算所用
TmoleX 3.1
+ 改進的建模模塊
+ 支持更多的Turbomole計算功能
