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• Q-Chem是由遍及全球的多個研究機(jī)構(gòu)共同開發(fā)的從頭計算量子化學(xué)軟件包，涉及的研究機(jī)構(gòu)有35家，分布在美國、英國、德國、澳大利亞、中國和中國臺灣地區(qū)等國家和地區(qū)。開始是由諾貝爾化學(xué)獲得者John.A.Pople主導(dǎo)開發(fā)的。從1999年第一版本Q-Chem1.2發(fā)布至今，Q-Chem軟件已經(jīng)開發(fā)了15年，成為一個功能十分強(qiáng)大的量子化學(xué)計算程序。目前新的版本是Q-Chem5.2。
• Q-Chem軟件是一款功能齊全的高精度量子化學(xué)計算專業(yè)工具，全面支持HF/DFT以及各種post-HF計算方法，在理論化學(xué)、材料化學(xué)、生物化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的研究和生產(chǎn)中發(fā)揮了極大作用。可以研究分子能量和結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)、分子振動、紅外以及拉曼光譜、NMR譜等，還可以實(shí)現(xiàn)對生物大分子的QM/MM計算。
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• Q-Chem的特點(diǎn)：
• 無需購買額外的可視化軟件。IQmol是Q-Chem的配套可視化軟件，可以免費(fèi)領(lǐng)取。Q-Chem也支持第三方可視化軟件，如Avogadro、WebMO、Jmol等。
• 無需購買額外的并行許可即可進(jìn)行跨節(jié)點(diǎn)并行計算。程序的代碼經(jīng)過專門的優(yōu)化，保證更快的計算速度。
• 支持多種方法分析勢能面。如凍結(jié)帶方法、從頭算分子動力學(xué)、路徑積分蒙特卡洛方法及偏Hessian分析。
• 可進(jìn)行能量組成分析。如可以把能量分解成庫倫項、交換項、極化項及電荷轉(zhuǎn)移項。
• 可研究電子轉(zhuǎn)移耦合及激發(fā)能。支持的方法有限制性DFT、直接耦合及分子片段電荷。
• 擁有獨(dú)特的基態(tài)泛函。如色散校正泛函XDM、DF-04、XYGJ-OS、WB97X-2等。
• 快速和更加精確的MP2方法。如SOS-MP2、雙基組MP2及局域MP2方法。
• 支持激發(fā)態(tài)研究（包括開殼層分子）。如SOS-CIS(D)、TDDFT、ADC等。
• Q-Chem 提供優(yōu)秀的個人技術(shù)支持服務(wù)，并會依據(jù)客戶的要求開發(fā)所需的功能。
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• Q-Chem 5.2的新功能：
• 默認(rèn)設(shè)置的更改
• 默認(rèn)情況下使用OpenMP共享內(nèi)存并行，為基于MPI的分布時內(nèi)存并行性添加-mpi參數(shù)。
• 默認(rèn)情況下使用純基函數(shù)，BASIS=GEN。
• 溶劑模型中Lebedev網(wǎng)格中的默認(rèn)網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)從302變?yōu)?94點(diǎn)（非氫）和110點(diǎn)（氫）原子。
• 對SMx型號使用SWIG費(fèi)用。
• XPol，SAPT和XSAPI以及MBE作業(yè)的輸入格式已更改。
• 使用EDA2作為ALMO-EDA的默認(rèn)驅(qū)動程序。
• 在RAS-CI計算中，默認(rèn)不再應(yīng)用凍結(jié)核心近似。
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• 新功能和方法
• 一般改進(jìn)：
• 提高基組的可用性：支持大多數(shù)SCF，RI-MP2，CC/EOM-CC/ADC計算的高角動量基函數(shù)（高達(dá)k函數(shù)）。
• 用于RI-SCF計算的簡化輸入格式。
• 為SCF和SCF后計算添加了密度擬合（RI）基組的def2-族（由Florian Weigend博士提供）。
• 用于SCF原子密度疊加的即時生成（Kevin Fenk，John Herbert）。
• 重新引入傳統(tǒng)的ECP而不適合。
• 使用DFT計算部分赫斯的性能改進(jìn)。
• 容易指定片段基礎(chǔ)，從外部文件讀取基礎(chǔ)集。
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• DFT功能的改進(jìn)：
• 支持使用meta-GGA密度函數(shù)進(jìn)行分析頻率計算。
• 支持使用分辨率（密度擬合）庫侖計算分析頻率。
• 使用DFT改進(jìn)部分粗體計算的性能。
• 新密度函數(shù)：revM06，revM11（Pierpaolo Morgante和Roberto Peverati）。
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• 隱式溶劑化模型的改進(jìn)：
• 修改了PCM曲面細(xì)分網(wǎng)格以提高性能（John Herbert）
• 在SMD中將默認(rèn)曲面細(xì)分方法更改為SWIG，以確保平滑的勢能面（Yuezhi Mao）
• 使用SMx溶劑化模型改進(jìn)了一般SCF程序的性能（Yuezhi Mao）
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• MP2代碼的改進(jìn)：
• 規(guī)范kappa-OOMP2方法（Joonho Lee和Martin Head-Gordon）
• 解決了RO-RIMP2中非布里淵單—貢獻(xiàn)計算錯誤的問題
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• 耦合集群代碼的改進(jìn)：
• 混合精度CC和EOM-CC功能套件，可達(dá)2倍速（Pavel Pokhilho，Anna Krylov，Ilya Kaliman）
• 阻尼相應(yīng)，使用EOM-CC（Kaushilk Nanada和Anna Krylov）進(jìn)行雙電子吸收的動態(tài)極化率
• 改進(jìn)了EOM-CC狀態(tài)下自旋軌道耦合常數(shù)的評估（Pavel Pokjilko和Anna Krylov）
• 在ADC和CC方法中更好的處理線性點(diǎn)組
• 改進(jìn)了基于磁盤的ADC/CC算法的性能
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• 能量分解分析方法的改進(jìn)：
• 切換到EDA2作為ALMO-EDA計算的默認(rèn)驅(qū)動程序
• 增加電子密度差（EDD）圖和ETS-NOCV分析（Yuezhi Mao）
• 在ALMO-EDA（Yuezhi Mao）中增加了對PCM和SMD溶劑化模型的支持。
• 解決了導(dǎo)致MP2-EDA計算不穩(wěn)定的幾個問題（Yuezhi Mao）
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• 新方法和能力：
• 極化嵌入模型（Maximilian Scheurer）
• 增量FCI方法（Paul Zimmerman）
• 核心價激發(fā)的躍遷潛在DFT
• 拉曼強(qiáng)度的分析評價
• NEO-RHF方法的試點(diǎn)實(shí)施（Fabijan Pavosevic和Sharon Hammes-Schiffer）
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• BrianQC GPU模塊的新功能：
• GPU加速了單電子積分
• GPU加速DFT交換相關(guān)，支持LDA，GGA和meta-GGA功能
• 使用NVIDIA的圖靈架構(gòu)支持新的GPU
• 優(yōu)化的內(nèi)存消耗
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• 其他修復(fù)和改進(jìn)：
• 解決了在RI-CD-CC計算中評估和打印Dyson軌道的問題
• 解決了繪制EOM附件/分離密度的問題
• 解決了在開放式shell EOM-EE計算中讀取用戶輸入的問題
• 解決了在SF-TD-DFT計算利用共享內(nèi)存并行性的問題
• 解決了阻止雙基DFT計算利用共享內(nèi)存并行性的問題
• 解決了使用RO-SCF進(jìn)行幾何優(yōu)化的問題，該問題導(dǎo)致SCF在后續(xù)幾何優(yōu)化步驟中不收斂（Yuezhi-Mao）
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• Q-Chem 應(yīng)用領(lǐng)域：
• 勢能面掃描
• Q-Chem 能夠高度精確的給出分子在不同構(gòu)型下的能量，幫助我們找到分子局部的能量極小值以獲得穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)。還可以根據(jù)分子的構(gòu)象進(jìn)行勢能面掃描。
• 下圖給出了采用Q-Chem計算的di-Peptoid在不同構(gòu)象下的能量變化。研究者可以通過擬合分子能量和構(gòu)象的關(guān)系構(gòu)建勢能面或分子力場。
  
• 分子間相互作用
• Q-Chem采用Hartree-Fork，基于各種泛函的DFT方法和高精度的電子相關(guān)方法，多體微擾的MPn與Coupled-cluster理論來計算分子間的相互作用，并可以非常便捷的進(jìn)行BSSE矯正。此外，Q-Chem還可以基于ALMO方法將分子之間的相互作用能進(jìn)行分解。
  
• Unravelling the Origin of Intermolecular Interactions Using Absolutely Localized Molecular Orbitals.J.Phys. Chem. A. (2007), 111, 8753
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• 過渡態(tài)搜索和反應(yīng)路徑分析
• Q-Chem 是業(yè)界公認(rèn)的研究化學(xué)反應(yīng)的有力工具。Q-Chem支持多種過渡態(tài)搜索的方法，并可進(jìn)一步對反應(yīng)路徑進(jìn)行分析和優(yōu)化。得益于Q-Chem軟件的高效率，研究者可以快速方便的研究各種化學(xué)反應(yīng)相關(guān)問題。
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• Oxidative Dehydrogenation of Propane over a VO2-Exchanged MCM-22 Zeolite: A DFT Study. ChemPhysChem (2010) , 11, 3432
  
• 激發(fā)態(tài)和光譜計算
• 除了研究基態(tài)的化學(xué)性質(zhì)外， Q-Chem還支持激發(fā)態(tài)結(jié)構(gòu)的能量計算和優(yōu)化，新版本的Q-Chem還加入了M11等新的泛函并支持EOM-CCSD方法。Q-Chem可以計算各種光譜性質(zhì)，包括：IR、Raman、紫外-可見、VCD、ECD等。下面的圖片就是采用Q-Chem計算的DNA氘化堿基對的紅外譜。
  
• Infrared Characterization of the Guanine Radical Cation: Finger Printing DNA Damage. J. Phys. Chem . B. (2010),114,3660.
  
• 線性標(biāo)度的量化計算
• Q-Chem支持多種線性標(biāo)度的量子化學(xué)反應(yīng)，包括：傅立葉變換庫倫方法，線性標(biāo)度HF交換方法，基于格點(diǎn)的線性標(biāo)度積分等。在下圖所示的工作中，研究者采用Q-Chem軟件中線性標(biāo)度的GIAO-HF方法完成了含有1000多個原子體系的NMR化學(xué)計算。
  
• Ab Initio NMR Spectra for Molecular Systems with a Thousand and More Atoms: A Linear-Scaling Method. Angew. Int. (2004), 43, 4485.
• QM/MM計算
• Q-Chem支持ONIOM計算并自帶了與分子動力學(xué)模擬軟件CHARMM的程序接口?？梢苑浅７奖愕倪M(jìn)行QM/MM計算。
• 下圖所示的研究工作采用Q-Chem和CHARMM軟件考察了鈣和鎂離子在蛋白磷酸化酶中的作用機(jī)理。
• Calcium inhibition of Ribonuclease H1 Two-Metal Ion Catalysis. J. Am. Chem. Soc. ASAP.