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Package: cp2k (2023.1-2)

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dinamica molecolare ab initio

CP2K è un programma per fare simulazioni di sistemi allo stato solido, liquido, sistemi molecolari e biologici. È espressamente pensato per metodi per strutture elettroniche massivamente paralleli e scalabili linearmente e per simulazioni di dinamica molecolare ab-initio (AIMD) allo stato dell'arte. Le sue caratteristiche comprendono:

CP2K è ottimizzato per il metodo misto GPW (gaussiane e onde piane) basato su pseudopotenziali, ma è in grado di eseguire anche i calcoli a tutti gli elettroni oppure puramente su onde piane/gaussiane. Le sue funzionalità includono:

Metodi della teoria della struttura elettronica ab-initio usando il modulo QUICKSTEP: 

 * energie e forze della teoria del funzionale della densità (DFT);
 * energie e forze Hartree-Fock (HF);
 * energie e forze della teoria della perturbazione di secondo ordine di
   Moeller-Plesset (MP2);
 * energie RPA (Random Phase Approximation);
 * fase gassosa e condizioni periodiche al contorno (PBC, Periodic
   Boundary Conditions);
 * gli insiemi base includono vari orbitali di tipo gaussiano (GTO)
   standard, onde piane (PW) pseudopotenziali e un approccio misto
   gaussiano e con onde piane (aumentate) (GPW / GAPW);
 * pseudo potenziali a norma conservata separabili GTH (Goedecker-Teter-
   Hutter) e NLCC (Non-Linear Core Corrected) o calcolo a tutti gli
   elettroni;
 * pseudopotenziali (PP) incluso il PP a norma conservata separabile
   Goedecker-Teter-Hutter (GTH);
 * funzionali XC di approssimazione della densità locale (LDA) inclusi
   SVWN3, SVWN5, PW92 e PADE;
 * funzionali XC a gradiente corretto (GGA) inclusi BLYP, BP86, PW91, PBE e
   HCTH120, così come il funzionale XC meta-GCA TPSS;
 * funzionali XC ibridi con scambio Hartree-Fock (HFX) esatto inclusi
   B3LYP, PBE0 e MCY3;
 * funzionali XC doppio-ibrido XC inclusi B2PLYP e B2GPPLYP;
 * funzionali XC aggiuntivi attraverso LibXC;
 * correzioni di dispersione attraverso modelli di potenziale di coppia
   DFT-D2 e DFT-D3;
 * correzioni van der Waals non locali per funzionali XC inclusi B88-vdW,
   PBE-vdW e B97X-D;
 * correzione DFT+U (Hubbard);
 * fitting della densità per DFT con Bloechl o DDAPC (Density Derived
   Atomic Point Charges), per HFX con metodi ADMM (Auxiliary Density
   Matrix Methods) e per MP2/RPA con RI (risoluzione all'identità);
 * tecniche per matrici sparse e prescreening per calcolo di matrici
   Kohn-Sham (KS) per scalamento lineare;
 * minimizzatore del campo autoconsistente (SCF) per trasformazioni di
   orbitale (OT) o inversione diretta del sottospazio
   iterativo (DIIS);
 * metodo LRIGPW (Local Resolution-of-Identity Projector Augmented Wave);
 * energie ALMO-SCF (Absolutely Localized Molecular Orbitals SCF) per
   scalamento lineare di sistemi molecolari;
 * stati eccitati attraverso TDDFPT (teoria della perturbazione della
   funzione di densità dipendente dal tempo).

Dinamica molecolare ab-initio: 

 * dinamica molecolare Born-Oppenheimer (BOMD);
 * dinamica molecolare Ehrenfest (EMD);
 * estrapolazione PS di funzione d'onda iniziale;
 * integratore ASPC (Always Stable Predictor-Corrector) reversibile nel
   tempo;
 * dinamica molecolare approssimata Car-Parinello stile Langevin
   Born-Oppenheimer (dinamica molecolare Car-Parrinello di seconda
   generazione, SGCP).

Simulazioni miste quantistiche/classiche (QM/MM): 

 * approccio multigriglia in spazio reale per la valutazione delle
   interazioni di Coulomb tra la parte QM e quella MM;
 * trattamento con accoppiamento elettrostatico con scalamento lineare
   delle condizioni periodiche al contorno;
 * QM/MM adattivo.

Ulteriori funzionalità includono: 

 * calcoli di energie di singolo punto, ottimizzazioni geometriche e
   frequenze;
 * svariati algoritmi per NEB (Nudged-Elastic Band) (B-NEB, IT-NEB,
   CI-NEB, D-NEB) per calcoli del percorso a energia minima (MEP);
 * ottimizzazione globale delle geometrie;
 * solvatazione con il modello SCCS (Solvation via the Self-Consistent
   Continuum);
 * calcoli semi-empirici incluse le parametrizzazioni AM1, RM1, PM3, MNDO,
   MNDO-d, PNNL e PM6, DFTB (Density-Functional Tight-Binding) e SCP-TB
   (Self-Consistent Polarization Tight-Binding) con o senza condizioni
   periodiche al contorno;
 * simulazioni di dinamica molecolare (MD) classica in insiemi
   microcanonici (NVE) o insiemi canonici (NVT) con campionamento
   Nose-Hover e canonico attraverso termostati a riscalamento di velocità
   (CSVR);
 * metadinamiche inclusa la metadinamica ben-temperata per calcoli
   dell'energia libera;
 * simulazioni classiche del campo di forza (MM);
 * simulazioni KS-DFT Monte-Carlo (MC);
 * proprietà statiche (es. spettri) e dinamiche (es. diffusione);
 * codice ATOM per generazione di pseudopotenziali;
 * ottimizzazione integrata dell'insieme di base molecolare.

CP2K non implementa la dinamica molecolare convenzionale di Car-Parrinello (CPMD).

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