Дегтяренко Описание программных пакетов для квантовых расчетов наносистем 2008

Модуль

Краткое описание

Conformers

Обеспечивает алгоритмы поиска конформационных и

связанных свойств объекта, позволяет характеризо-

вать его молекулярную конформацию и гибкость, а

также получить геометрические и энергетические

свойства.

Morphology

Позволяет предсказывать морфологию строения кри-

сталла. Модуль учитывает предсказание кристалличе-

ской формы, анализ стабильности кристаллической

поверхности через межмолекулярные взаимодействия в

пределах кристаллического блока, влияние добавок,

примесей и растворителей. Прикладные области моду-

ля включают анализ фармацевтических препаратов,

агрохимикатов, продуктов питания, нефтехимических

веществ, цементов и химических продуктов тонкого

органического синтеза.

Motif

Рассматривает возможность кристаллизации молекул

в различные структуры. Этот инструмент разрабаты-

вался для анализа создания молекулярных кристаллов,

обеспечивая качественный и количественный учет

топологии водородной связи.

Polymorph

Используется для предсказания возможных структур

Predictor

соединений, исходя из состава образующих его моле-

кул и их структуры. Он предназначен для предсказа-

ния полиморфизма довольно твердых соединений из

молекул, составленных главным образом из углерода,

104

азота, кислорода и водорода. Подход основан на гене-

рации возможных упаковывающих расположений во

всех приемлемых пространственных группах и поиска

минимума энергии решетки.

Reflex

Моделирует дифракционные спектры для рентгенов-

ского, нейтронного и электронного излучений в мето-

де порошков, основан на моделях прозрачных мате-

риалов, помогает интерпретации экспериментальных

данных дифракции.

Reflex Plus

Предоставляет полный пакет для определения кри-

сталлических структур среды по высококачественным

данным порошковой дифракции

Reflex QPA

Расширяет функциональность модуля Reflex для ко-

личественного фазового анализа, учитывая определе-

ние относительной пропорции различных фаз, включая

как неорганические, так и органические системы, их

смеси, Модуль основан на данных дифракции порош-

кового метода. Это широко используемый аналитиче-

ский метод для фазового исследования в различных

отраслях промышленности.

X-Cell

Новый, эффективный и легкий в использовании алго-

ритм идентификации среды. В дополнение к высоко-

качественным порошковым данным дифракции, полу-

ченным из рентгеновских, нейтронных или электрон-

ных источников излучения, модуль X-Cell использует

экстинкцию специфической процедуры дихотомии

для составления списка всех возможных типов эле-

ментарной ячейки.

Amorphous

Набор вычислительных алгоритмов, которые позво-

Cell

ляют создавать модели сложных аморфных систем и

предсказывать их ключевые свойства. Исследуя соот-

ношение между структурой системы и ее свойствами,

возможно получение данных о важных молекулярных

особенностях, что позволяет проектировать новые

составы. Среди анализируемых свойств: плотность

энергии когезии, уравнения состояния, цепи упаковки

и цепные перемещения.

Blends

Предсказывает диаграммы состояния и параметры

взаимодействия систем жидкость-жид-кость, поли-

мер-полимер и полимерных смесей с целью изучения

влияния структурных факторов, воздействующих на

поведение смесей и составов. Модуль включает вы-

105

числение свободной энергии смешивания двух поли-

меров, получения бинодали (кривой сосуществования

двух фаз) и кривой спинодали при смешивании двух

жидких кристаллов, определение адгезионной проч-

ности новой эпоксигруппы на углероде и изучение

проблем расслаивания в многослойном материале как

функция температуры. Модуль помогает исследова-

нию совместимости смесей полимеров и добавок, ра-

боты составов, влияния растворителя на полимеры,

полимерного прилипания, разделения и равновесия

фаз и технологии разделения.

Equilibria

Основан на алгоритме Монте-Карло для ансамблей

Гиббса, программа для определения диаграмм состоя-

ния одно-, двух- и трехкомпонентных молекулярных

систем, включает NERD силовое поле для кулонов-

ского взаимодействия и взаимодействия с параметра-

ми, характерными для органических групп.

COMPASS

Предназначен для моделирования и оптимизации кон-

денсированных фаз с молекулярными потенциалами. В

программе силовое поле параметризовано первона-

чально, исходя из данных, полученных из первых

принципов, и в последующем подправлено данными

для конденсированной фазы и изолированных молекул.

Таким образом, это силовое поле достаточно точно и

одновременно предсказывает структурные, конформа-

ционные, вибрационные, и теплофизические свойства

широкого круга изолированных молекул и конденси-

рованных фаз в широких пределах изменения темпера-

туры и давления.

Discover

Предложен как метод атомистического моделирования,

который может быть применен к молекулам и материа-

лам. Атомистическое моделирование помогает иссле-

дованию в таких областях, как катализ, разделение,

кристаллизация, и полимеризация. Это объясняется

связью между структурой и поведением молекул, клю-

чевой ролью межмолекулярных взаимодействий. Про-

грамма предсказывает важные свойства твердых час-

тиц, жидкостей, и газов.

DPD

Является современным мезомасштабным методом

моделирования для исследования сложных жидко-

стей. Такие жидкости используют для промышленно-

го получения красок, фармацевтических и косметиче-

106

ских препаратов. DPD обеспечивает вычисление

структурных и динамических свойств жидкостей в

равновесии, при движении ее в ограниченных, узких

полостями матрицы.

Forcite

Метод молекулярной механики для вычисления энер-

гии и оптимизации геометрии молекул и периодиче-

ских систем. Вычисления Forcite строго соблюдают

любую кристаллическую симметрию. Поддержанные

силовые поля – COMPASS, CVFF, PCFF, Dreiding и

Universal.

Forcite Plus

Является расширением классического модуля моде-

лирования Forcite, совмещает молекулярную динами-

ку и средства анализа. Расчеты позволяют предсказать

диффузионную способность, локальные структуры,

изменения плотности и дипольные автокорреляцион-

ные функционалы.

GULP

Использует методы большого числа силовых полей,

включая модель оболочек для ионных систем, метод

добавленного атома для металлов, потенциалы различ-

ных порядков связей для полупроводников и углерод-

ных нанотрубок и других ковалентных систем. Кроме

оптимизации и динамики GULP может вычислять ряд

свойств систем, включая механические, электрические,

решеточные и термодинамические. Может использо-

ваться для расчетов молекул, кластеров, поверхности

кластеров и сплошного твердого тела.

MesoDyn

Динамический метод моделирования для изучения

длинномерных сложных систем жидкостей во време-

ни, включая полимерные, расплавы и смеси. Модуль

получил широкое признание в литературе и коммер-

ческих кругах как научный алгоритм, нацеленный на

объяснение поведения мезомасштабных структур и

кинетики, важных для промышленности.

Mesotek

Моделирует неоднородные полимеры, способен рас-

считывать свойства систем с мобильными твердыми

включениями.

Synthia

Вычисляет свойства полимеров, используя некоторые

количественные зависимости свойства структуры

(QSPRs), что позволяет быстро проводить отбор поли-

меров в широких пределах изменения свойств и пред-

сказать свойства сополимерных смесей.

107

Adsorption

Помогает найти самые устойчивые адсорбционные

Locator

участки для широкого диапазона материалов, включая

цеолиты, углеродные нанотрубки, силикагели и акти-

визированный углерод, например. Возможно модели-

рование субстрата, загруженного адсорбированным

веществом (молекулярные газы или жидкости) или

смесью адсорбированного вещества. Приложение раз-

работано для поиска адсорбционных участков с низ-

кими энергиями как для периодических, так и для не-

периодических субстратов.

CASTEP

Основан на квантово-механических представлениях и

использует теорию функционала плотности (DFT).

Программа CASTEP позволяет моделировать и вы-

числять свойства кластеров, твердых частиц, границ

блоков, поверхностей и периодических структур для

широкого круга материалов, включая керамику, полу-

проводники и металлы. Вычисления из первых прин-

ципов позволяют исследовать природу и происхожде-

ние электронных, оптических и структурных свойств

системы без подгоночных параметров, используя

только номера атомов, составляющих систему.

NMR

Позволяет предсказывать ключевые свойства для

CASTEP

ядерного магнитного резонанса молекул и материалов

твердого состояния из первых принципов. Модуль,

основанный на теории функционала плотности (DFT),

обеспечивает средство вычисления химического сдви-

га NMR и тензора градиента электрического поля с

высокой точностью. Метод может быть использован

для вычисления NMR сдвигов молекул, твердых час-

тиц, внутренних границ и поверхностей различных

материалов, включая органические молекулы, кера-

мику, и полупроводники.

DMol3

Совмещает высокую скорость расчетов с использова-

нием квантово-механических методов для предсказа-

ния свойств материалов. Этот модуль чрезвычайно

универсален и может быть применен для исследования

проблем химии, материаловедения, химической техно-

логии, физики твердого состояния, нанотехнологии.

ONETEP

Позволяет использовать метод теории функционала

плотности (DFT) для очень больших систем (> 500

атомов). ONETEP – линейный кодекс DFT масштаби-

108

рования, таким образом, время, требуемое для вычис-

ления, увеличивается лишь линейно с числом атомов.

Благодаря этому уникальному масштабированию про-

грамма может адаптироваться к большим системам

(комплексным соединениям, лигандам белка, нанок-

ластерам, границам зерен), что ранее было невозмож-

но использовать.

QMERA

Использует метод QM/MM силового поля, который

обычно применяется для больших систем и является

более грубым приближением, чем силовое поле, по-

лученное квантово-механическими методами, но тре-

бует меньших временных затрат.

Sorption

Обеспечивает средство предсказания фундаменталь-

ных свойств, необходимых для исследования пара-

метров и локализации адсорбции, таких, как изотермы

сорбции и константы Генри.

VAMP

Основан на методах молекулярных орбиталей в полу-

эмпирическом приближении и предназначен для мо-

лекулярных органических и неорганических систем.

VAMP – идеальный промежуточный вариант расчетов

между методом силового поля и методами из первых

принципов. Может быстро вычислить многие физиче-

ские и химические молекулярные свойства. Для уско-

рения расчетов VAMP оптимизирован методом чис-

ленной аппроксимацией параметрических функций.

QSAR

Предназначен для работы с химикатами и материала-

ми, позволяет идентифицировать составы с опти-

мальными физико-химическими свойствами.

QSAR Plus

Позволяет в рамках возможностей модуля DMol3 вы-

числять реакционную способность и энергию. Включе-

на возможность использования нейронных сетей, что

позволяет строить нелинейные модели.

Materials

Позволяет использовать широкий диапазон алгорит-

Studio

мов, содержащихся в программном комплексе GAUS-

User Inter-

SIAN. Через графический интерфейс AMS можно ис-

face to

пользовать квантово-механические методы моделиро-

Gaussian

вания систем из первых принципов, включая метод

Хартри-Фока, функционала плотности и методы, учи-

тывающие корреляцию электронов MP2, CCSD и G3.