汇总常用的计算软件
VASP（付费商用软件）
软件介绍：VASP全称Vienna Ab-initio Simulation Package，是维也纳大学Hafner小组开发的进行电子结构计算和量子力学-分子动力学模拟软件包。是目前材料模拟和计算物质科学研究中最流行的商用软件之一。一般采用周期性边界条件来处理原子、分子、团簇、纳米线，薄膜、晶体、准晶和自定性材料，以及表面体系、以太体系和固体，可以计算材料的结构参数和构型、状态方程和力学性质、电子结构、光学、磁学和晶格动力学性质等等。
主要功能和特点：
1、采用周期性边界条件(或超原胞模型)处理原子、分子、团簇、纳米线(或管)、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体
2、计算材料的结构参数(键长,键角,晶格常数，原子位置等)和构型
3、计算材料的状态方程和力学性质(体弹性模量和弹性常数)
4、计算材料的电子结构(能级、电荷密度分布、能带、电子态密度和ELF)
5、计算材料的光学性质
6、计算材料的磁学性质
7、计算材料的晶格动力学性质(声子谱等)
8、表面体系的模拟(重构、表面态和STM模拟)
9、从头分子动力学模拟
10、计算材料的激发态(GW准粒子修正)
Gaussian(付费商用软件)
官网：https://gaussian.com
软件介绍：Gaussian软件是目前计算化学领域内最流行、应用范围最广的综合性量子化学计算程序包。适用于Windows、Mac OS X, Unix/Linux系统，它最早是由美国卡内基梅隆大学的约翰·波普（John. A. Pople, 1998年诺贝尔化学奖获得者）在60年度末、70年代初主导开发的。Gaussian软件基于量子力学而开发，它致力于把量子力学理论应用于实际问题，它可以通过一些基本命令验证和预测目标体系几乎所有的性质。此外，可视化软件GaussView的发布及计算机的快速发展更是大大降低了理论计算的门槛，使得各领域研究者能够轻松使用Gaussian研究和分析各种科学问题。
主要功能和特点：
软件适用于基态和激发态体系，可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道
过渡态能量和结构
分子键和反应能量
分子轨道，原子电荷和电势
分子振动频率
材料的红外和拉曼光谱模拟
材料的核磁性质模拟
极化率和超极化率计算
热力学性质和反应路径计算
LAMMPS（开源软件）
官网：https://lammps.sandia.gov/
软件介绍：LAMMPS全称为Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator，可以翻译为大规模原子分子并行模拟器，主要用于分子动力学相关的一些计算和模拟工作。Lammps程序运行环境为单CPU和多CPU,采用消息响应和模拟域的空间分解并行机制。Lammps程序代码共享和模块化设计，具有功能易于扩充的特性。从应用上来看，分子动力学所涉及到的领域，LAMMPS代码也都涉及到了。LAMMPS由美国Sandia国家实验室开发，以GPL license发布，即开放源代码且可以免费获取使用，这意味着使用者可以根据自己的需要自行修改源代码。LAMMPS可以支持包括气态，液态或者固态相形态下、各种系综下、百万级的原子分子体系，并提供支持多种势函数。且LAMMPS有良好的并行扩展性。
主要功能和特点：
适用于建模软物质，比如生物分子和聚合物
适用于固态材料，比如金属和半导体
适用于粗粒子和介观材料
用于建模原子、介观、连续尺度物质
模拟适用材料在不同的热、力学、化学条件下的性质变化
是一种系统化方法。
CP2K（开源软件）
软件介绍：CP2K也是一款著名的从头算分子动力学软件。. 和CPMD很像，它是由马克斯-普朗克研究中心早在2000年发起的一项用于固体物理研究的项目，全部代码使用Fortran 95写成。. 现在它已转由苏黎世ETH和苏黎世大学维护，成为一个开源的项目，遵从GPL协议，用户可以从其官方网站下载到源代码。. CP2K也是基于密度泛函理论 (DFT)，但与CPMD不同的是，它不是单独采用平面波基矢，而是使用混合的高斯平面波近似 (GPW)以及多粒子势，可以计算更大的体系。
主要功能和特点：
第一原理电子结构计算，DFT能量和力，Hartree-Fock能量和力，Moeller-Plesset二阶微扰理论（MP2）能量和力，随机相位近似(RPA)能量
适用于周期边界条件，基集包括各种标准的Gaussian型轨道(GTOS), 赝势平面波(PW)以及Gaussian和平面波混合基(GPW/GAPW)
包含模守恒赝势、GTH、非线性核矫正赝势或者全电子计算
包含很多交换关联泛函,比如LDA(PADE), BLYP以及PBE，同时也可以使用B3LYP、HSE等杂化泛函
可以使用DFT-D3 等色散校正
通过TDDFPT计算激发态
包含很多分子动力学方法，比如Born-Oppenheimer 分子动力学(BOMD)，Ehrenfest 分子动力学(EMD)，近似Car-Parrinello如Langevin Born-Oppenheimer分子动力学
混合量子经典模拟（QM/MM）
包含用于估计QM和MM之间库仑相互作用的实空间多重网格方法
线性缩放静电耦合处理周期性边界条件
六、QUANTUMESPRESSO（开源软件）
官网：http://www.quantum-espresso.org/
软件介绍：ESPRESSO意为“op(E)n (S)ource (P)ackage for (R)esearch in (E)lectronic (S)tructure, (S)imulation, and (O)ptimization”。Quantum-ESPRESSO软件包基于密度泛函理论，使用平面波基组和赝势。
主要功能和特点：
基态计算
自洽场总能量，力，和张量
使用迭代对角技术，阻尼动力学，和共轭梯度进行能量最小化
Kohn-Sham轨道,Gamma点，k点取样，各种展宽技术（Fermi-Dirac，Gaussian，Methfessel-Paxton，Marzari-Vanderbilt）
模守恒赝势和超软赝势，PAW
交换关联泛函：LDA，GGA（PW91，PBE，B88-P86，BLYP），meta-GGA，精确交换泛函，杂化泛函
LDA+U,Berry相极化
自旋轨道耦合和非共线磁性
最大局域化函数
声子频率，以及任意波矢的本征矢
完全声子色散，实空间的原子间力常数
平移和转动的声音求和规则
有效电荷和色散张量
电-声相互作用
三阶非谐声子寿命
红外和Raman交叉部分
EPR和NMR化学位移
从头分子动力学
Car-Parrinello分子动力学
Born-Oppenheimer分子动力学
使用准牛顿BFGS条件的GDIIS
阻尼动力学
离子共轭梯度最小化
投影速度Verlet算法
过渡态和能量最小化
Born-Oppenheimer NEB
Born-Oppenheimer弦动力学
Wien2k（商用收费软件）
官网：http://www.wien2k.at/index.html
软件介绍：WIEN2K软件包是目前使用密度泛函理论计算周期性体系的电子结构的最精确的计算程序之一。 它在密度泛函理论框架下使用局域 (自旋）密度近似 (L (S)DA)或广义梯度近似 (GGA)，采用全势 (Full Potential, FP)方法和 (线性）增广平面波 ((L)APW)+局域轨道 (lo)基组。Wien2k是用密度泛函理论计算固体的电子结构。它基于键结构计算最准确的方案—完全势能（线性）增广平面波((L)APW)+局域轨道(lo)方法。Wien2K耗时，但是更精确，因此预测电子结构，化学键比较准确，其他性质的计算也很精确。体系不大，可选Wien2k。在密度泛函中可以使用局域（自旋）密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA)。WIEN 2000使用全电子方案，包含相对论影响。
主要功能和特点：
键能和态密度，电子密度和自旋密度，X射线结构因子
总能量，力，平衡结构，结构优化，分子动力学，电场梯度
异构体位移，超精细场，自旋极化
自旋-轨道耦合
X射线发射和吸收谱
电子能量损失谱计算固体的光学特性
能带和态密度
电子密度和自旋密度、X射线结构因子
LDA,GGA,meta-GGA,LDA+U,轨道极化
中心对称和非中心对称晶格，内置230个空间群
图形用户界面和用户指南
Abinit（开源软件）
官网：https://www.abinit.org
软件介绍：ABINIT是采用GNU开放源代码的形式来发布的，可以免费下载使用。其主程序使用赝势和平面波，用密度泛函理论计算总能量，电荷密度，分子和周期性固体的电子结构，进行几何优化和分子动力学模拟，用TDDFT（对分子）或GW近似（多体微扰理论）计算激发态。此外还提供了大量的工具程序。程序的基组库包括了元素周期表1-109号所有元素。ABINIT适于固体物理，材料科学，化学和材料工程的研究，包括固体，分子，材料的表面，以及界面，如导体、半导体、绝缘体和金属。ABINIT的主程序使用赝势和平面波，用密度泛函理论计算总能量，电荷密度，分子和周期性固体的电子结构，进行几何优化和分子动力学模拟， 用TDDFT（对分子）或GW近似（多体微扰理论）计算激发态。此外还提供了大量的工具程序。程序的基组库包括了元素周期表1-109号所有元素。
主要功能和特点：
可以处理金属和绝缘系统。
晶胞可以是正交或者非正交
电子体系可以用自旋极化和自旋非极化计算，计算时可增加少数和多数自旋占用数的可能性以及自旋的起始组态。
总能量、力、应力和电子结构的计算可以考虑自旋-轨道耦合。
对周期性体系，基于Berry相，使用适当的哈密顿量，可以对绝缘体施加有限的电场。
计算内部电子本征值。
可以输出费米能级附近的态电荷密度，并提供一个简单的方法进行STM图像计算。
可以在任何点的一个球体内计算分解DOS角动量，并提供STS图谱分析。
使用双组份自洽DFT,可以计算正电子的寿命和湮没率，包括力和应力计算、LDA和GGA、正则守恒以及PAW。
可以使用小波基组。
在PAW计算的基础上，可以使用DFT+U近似，包括自旋极化、自旋极化和旋量。
在PAW计算的基础上，可以进行局域交换近似。
可以计算应力，极化率，自洽声子计算。
采用GW近似计算电离能和亲和能。
计算使用平面波和赝势
总能量的计算使用密度泛函理论（DFT）
自洽场计算生成DFT基态，以及相关的能量和密度
程序可以使用多种不同的赝势
程序本身可以处理金属和绝缘体系
晶胞可以是正交或者非正交。计算可以输入任何对称性及相应的k-点集
电子体系可以用自旋极化和自旋非极化计算
总能量，力，张量和电子结构的计算可以考虑自旋-轨道耦合
能量可分解为不同的成分（局域势，XC，Hartree…）
计算内部电子本征值
230个空间群和1191个Shubnikov磁群的对称性分析
用解析公式计算Hellman-Feynman力
计算应力,极化和响应
计算近似的和准确的磁化系数矩阵和介电矩阵
解析计算电子本征能量的导数
计算光学传导性
Born有效电荷的能带分解，以及局域化张量的计算
CASTEP（限制开源软件，对于英国研究人员免费，其他地区收费）
官网：http://www.castep.org/
软件介绍：CASTEP(Cambridge Sequential Total Energy Package)是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序。总能量包含动能、静电能和交换关联能三部分，各部分能量都可以表示成密度的函数。
主要功能和特点：
计算总能量、力和张量，包含或不包含内部/外部束缚的几何结构放松，
NVE/NVT/Langevin分子动力学，
过渡态搜索，弹性系数，
用线性响应理论计算声子频率。
智能选择关键参量（基组，FFT网格，K-点，收敛阈值……），选择局域和非局域交换-相关泛函，整个周期表的超软和常规赝势，显示能带结构、局域和部分态密度，计算含频介电函数和光学特性
任务控制与重新开始计算：选择并行化数据分配方案（k，G或k+G），选择CPU数量，指定外围是什么意思 器，监视几何优化的能量和梯度，升级结构，杀死远程外围是什么意思 器的任务，重新开始SCF，MD和几何优化
紫外/可见光谱，Mulliken布居和电荷分析，键级分析，显示电荷、自旋以及形变密度，显示体特性的3D轮廓图和2D截面图，计算静态弹性常数，声子散射， 总态密度和态的投影声子密度，热动力学特性（生成热，自由能，焓，熵，Debye温度），材料缺陷的特性，显示能带，用3D形式显示体系的电荷密度和波函，宏观缺陷的特性（如断裂，晶粒边界）
其它：多个k-点，实空间或者倒空间的赝势表示，完全使用对称性减少k-点集合，SCF选项：DIIS，密度混合，smearing
可设置自旋态，用于模拟磁性体系
CASTEP计算固体材料的IR光谱
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