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量子化學(xué)程序MOLCAS可以用各種量子化學(xué)模型研究分子體系，從SCF/DFT到耦合簇，從RASSCF到包含動(dòng)態(tài)電子相關(guān)處理的MR-CI或MS-CASPT2。包含動(dòng)態(tài)相關(guān)處理的多組態(tài)密度泛函理論(CAS-DFT)還在開(kāi)發(fā)中。MOLCAS的重點(diǎn)在于多組態(tài)的量子化學(xué)計(jì)算，用于研究單組態(tài)不能給出電子結(jié)構(gòu)合理描述的體系，例如激發(fā)態(tài)，化學(xué)反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)，重元素體系（過(guò)渡金屬，鑭系，錒系），等。MOLCAS的另一特點(diǎn)是多組態(tài)級(jí)別的相對(duì)論處理（標(biāo)量相對(duì)論和自旋-軌道耦合），并提供專門為相對(duì)論計(jì)算設(shè)計(jì)的基組。
MOLCAS可用于計(jì)算分子結(jié)構(gòu)，鍵能，化學(xué)反應(yīng)的能壘，激發(fā)能（包括自旋-軌道耦合），振動(dòng)分辨吸收光譜，以及各種分子特性，等。MOLCAS可以用自洽反應(yīng)場(chǎng)計(jì)算溶劑模型。新增加的QM/MM方法可用來(lái)計(jì)算大分子和分子簇，可以用半經(jīng)驗(yàn)方法CNDO研究周期體系的能帶。通過(guò)使用NEMO方法，MOLCAS還可以產(chǎn)生分子間作用力，用于MC/MD模擬。
MOLCAS并不是一個(gè)“黑箱”工具。要求用戶應(yīng)當(dāng)受過(guò)量化方面的訓(xùn)練，對(duì)當(dāng)今流行的一些量化模型有些了解。
OpenMOLCAS是遵守LGPL協(xié)議的開(kāi)源MOLCAS代碼部分，未經(jīng)原作者授權(quán)的MOLCAS代碼部分未包含在內(nèi)。
目前Molcas的版本為8.4。Molcas是一個(gè)從頭算量子化學(xué)軟件包，基本原理是能夠處理大多數(shù)元素周期表中的原子組成的分析的一般電子結(jié)構(gòu)。這樣，程序包的主要重點(diǎn)是多配置方法，其應(yīng)用程序通常與高度退化狀態(tài)的處理有關(guān)。
Molcas代碼基于OpenMolcas的穩(wěn)定版本。與Molcas附帶支持和經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的發(fā)行版相反，OpenMolcas是開(kāi)發(fā)人員的分支機(jī)構(gòu)，其完整性通過(guò)自動(dòng)測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。
Molcas的關(guān)鍵方面：
SCF / DFT , CASSCF / RASSCF , CASPT2 / RASPT2
快速，準(zhǔn)確的代碼
免費(fèi)支持和更新
Molcas不是黑匣子工具。用戶應(yīng)該是受過(guò)教育的量子化學(xué)家，對(duì)當(dāng)今使用的不同量子化學(xué)模式，其應(yīng)用領(lǐng)域和固有準(zhǔn)確性有一定的了解。
在Molcas中實(shí)施的方法
跨多個(gè)進(jìn)程運(yùn)行可以使某些程序受益，這些程序用（p）表示，這并不一定意味著整個(gè)程序都可以有效地并行化。
完整代碼
SEWARD：用于 一個(gè)和兩個(gè)電子積分的程序，其中包括大量的特性積分（P）
MCKINLEY：解析積分二階導(dǎo)數(shù)，與SCF和CASSCF一起使用以獲得能量Hessians
AMFI：使用原子平均場(chǎng)近似生成自旋轉(zhuǎn)軌道積分
波浪功能碼
SCF：關(guān)閉并打開(kāi)Shell SCF和DFT程序。（P）
RASSCF：RASSSCF（CASSCF）計(jì)算程序。（P）
MP2：閉殼二階代碼。（P）
CASPT2：具有一個(gè)或多個(gè)CASSCF（RASSCF）參考函數(shù)的多配制二階攝動(dòng)理論。（P）
MRCL / ACPF：一種基于圖形unit群形式主義的多參考CI程序。用于耦合系數(shù)。
CCSDT：布拉迪斯發(fā)套件的耦合簇代碼。用于粉筆和受限制的高自旋開(kāi)殼系統(tǒng)
CHCC / CHT3：基于布拉迪斯拉發(fā)的Cholesky分解套件，適用于大型封閉殼系統(tǒng)的耦合簇代碼。（P）
屬性和實(shí)用程序
MCLR：SCF / CASSCF線性響應(yīng)程序
RASSI：計(jì)算RASSCF波函數(shù)之間的躍遷密度，并可以選擇添加經(jīng)能量校正的AMFI自旋軌道哈密頓量。
VIBROT：雙原子分子振動(dòng)波函數(shù)和躍遷特性的數(shù)值解
GENANO：構(gòu)建密度矩陣平均ANO的程度
SLAPAF：執(zhí)行幾何優(yōu)化并搜索通過(guò)渡狀態(tài)和圓錐形交換
GEO：在內(nèi)部坐標(biāo)中執(zhí)行約束的多篇段幾何優(yōu)化
MOTRA：一種用于單電子和二甸子積分的AO到MO轉(zhuǎn)換的程序
GRID IT：用于在笛卡爾網(wǎng)格上計(jì)算密度和分析軌道的程序
SINGLE_ANISO：計(jì)算任意單核絡(luò)合物和碎片的各向異性磁性能
EMBQ：計(jì)算點(diǎn)電荷的幾何位置和值，它們?cè)谟邢薜捏w積中重現(xiàn)靜電勢(shì)
FALCON：基于片段法計(jì)算大型系統(tǒng)的總能量
DYNAMIX：對(duì)多種電子狀態(tài)執(zhí)行分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬
環(huán)境影響
FFPT：用于有限場(chǎng)微擾計(jì)算的模塊
PCM：使用可極化連續(xù)體模型添加反應(yīng)場(chǎng)哈密頓量的模塊
ESPF：結(jié)合了量子力學(xué)和分析力學(xué)計(jì)算
NEMO：一個(gè)單獨(dú)的程序包，用于生成分子件力場(chǎng)的參數(shù)
QMSTAT：基于Metropolis蒙特卡洛模擬技術(shù)的混合QM/MM離散溶劑化模型
圖形用戶界面（GUI）
GV：基于OpenGL的GUI，用于可視化軌道的簡(jiǎn)單地編輯坐標(biāo)文件
LUSCUS：基于GTK+GUI
應(yīng)用示例
準(zhǔn)確的勢(shì)能曲線
Molcas給出了勢(shì)能曲線，可用于計(jì)算準(zhǔn)確的分析特性，例如鍵矩和能量以及電子光譜
分子光譜
Molcas可以計(jì)算分析的電子吸收光譜，包括化合價(jià)，雷德堡和混合態(tài)
反應(yīng)機(jī)理
Molcas允許研究化學(xué)所有領(lǐng)域的反應(yīng)機(jī)理
生物化學(xué)
Molcas及其與Tinker代碼的接口允許生物系統(tǒng)進(jìn)行QM / MM計(jì)算
在Linux下運(yùn)行Molcas
注意，不建議使用某些版本的GNU編譯器來(lái)編譯優(yōu)化級(jí)別為O3的Molcas。
另外，您可以使用商業(yè)編輯器，例如Intel , NAG , PGI , Absoft，PathScale , SunStudio。
在Mac OS上運(yùn)行Molcas
Molcas現(xiàn)在也可以在MacOS下運(yùn)行。但是，如果要使用xlf編譯器，則必須在區(qū)分大小寫(xiě)的分區(qū)安裝Molcas。
在MS Windows下運(yùn)行Molcas
Molcas現(xiàn)在也可以在MS Windows下運(yùn)行。您必須安裝Cygwin。注意，出GNU gcc / g77外，不支持編譯器。
功能
波函，能量，與特性
MOLCAS使用以下波函模型進(jìn)行總能量，電子結(jié)構(gòu)和分子特性的計(jì)算：
1. Hartree-Fock以及和DFT組合。使用直接或者半直接方案，可以處理一千個(gè)以上的基函數(shù)。
2. DFT有：LSDA，LDA，SVWN，LSDA5，LDA5，SVWN5，HFB，HFS，BLYP，B3LYP，B3LYP5，TLYP，XPBE。
3. Moller-Plesset二級(jí)微擾理論（閉殼層或限制性開(kāi)殼層），可用于快速計(jì)算動(dòng)態(tài)電子相關(guān)影響。
4. MCSCF（CASSCF或RASSCF）用于處理電子結(jié)構(gòu)無(wú)法用單行列式描述的體系。態(tài)平均方法可以處理多個(gè)電子態(tài)?？梢匝芯恳话偃f(wàn)個(gè)電子組態(tài)的波函。
5. 多參考二級(jí)微擾理論(CASPT2)可用于計(jì)算CASSCF電子態(tài)的動(dòng)態(tài)電子相關(guān)能。可以用實(shí)能極移動(dòng)或虛能極移動(dòng)技術(shù)消除入侵態(tài)。6.2版還可以使用新的能級(jí)移動(dòng)選項(xiàng)IPEAshift，它對(duì)開(kāi)殼層體系不僅可以排除關(guān)聯(lián)能的系統(tǒng)誤差，還可以消除入侵態(tài)。CASPT2的多重態(tài)版允許參考態(tài)用有效哈密頓方法進(jìn)行相關(guān)能修正。
6. CASSCF/RASSCF波函可與基于DFT的相關(guān)勢(shì)方法組合，獲得包含動(dòng)態(tài)電子相關(guān)的多組態(tài)波函(CAS/RAS-DFT)。這一選項(xiàng)將在MOLCAS-6以后的版本中發(fā)布。
7. 對(duì)于小分子，可以用多參考CI(MR-CI，包括MR-CISD，RAS-CI和MR-ACPF)方法產(chǎn)生高精度波函和能量。
8. 對(duì)于能夠用單行列式很好描述的分子和原子團(tuán)，可以用耦合簇方法（閉殼層和限制性開(kāi)殼層的CCSD(T)）研究。
9. 變分價(jià)鍵程序CASVB。
10.能量和梯度可用于：Stoll-Dolg ECP基組的計(jì)算，全電子基組的標(biāo)量相對(duì)論（二級(jí)Douglas-Kroll，Barysz-Snijders-Sadlej）計(jì)算，有限核近似。用Douglas-Kroll標(biāo)量相對(duì)論修正，可以研究包括重金屬原子（例如鑭系和錒系）的體系。新的ANO-RCC基組可用于整個(gè)周期表元素的Douglas-Kroll標(biāo)量相對(duì)論計(jì)算。
11.MCLR程序計(jì)算熱力學(xué)特性，進(jìn)行單個(gè)或兩個(gè)同位素的取代計(jì)算。
12.使用CNDO/INDO半經(jīng)驗(yàn)哈密頓量進(jìn)行3D能帶計(jì)算。
13.用Pipek-Mezey方案產(chǎn)生局域化軌道。
分子結(jié)構(gòu)，振動(dòng)頻率，熱動(dòng)力學(xué)
1. 使用解析梯度技術(shù)的自動(dòng)幾何優(yōu)化，可用于HF/DFT和RASSCF(RASDFT)波函。CASPT2結(jié)構(gòu)可以用數(shù)值梯度程序獲得。這些程序可用于獲得基態(tài)和激發(fā)態(tài)的平衡結(jié)構(gòu)，過(guò)渡態(tài)等。
2. 通過(guò)解析二階導(dǎo)數(shù)，對(duì)RASSCF波函計(jì)算振動(dòng)頻率和熱動(dòng)力學(xué)量。
3. SLAPAF程序可用于尋找能量路徑和內(nèi)反應(yīng)坐標(biāo)，以及交叉點(diǎn)的能量交點(diǎn)。
激發(fā)態(tài)和電子光譜
MOLCAS特別為研究激發(fā)態(tài)勢(shì)能曲面而設(shè)計(jì)：
1. 能量可以用所有的波函方法獲得。幾何優(yōu)化也可以用于態(tài)平均RASSCF能量。
2. 在RASSCF級(jí)別，用RASSCF態(tài)相互作用方法計(jì)算躍遷特性。這是MOLCAS程序所特有的。這個(gè)代碼還可使用有效單電子SO哈密頓量和所謂的原子平均場(chǎng)積分(AMFI)，計(jì)算自旋-軌道耦合。增強(qiáng)版本的RASSI-SO通過(guò)計(jì)算振蕩強(qiáng)度和愛(ài)因斯坦系數(shù)A獲得RASSCF理論級(jí)別的熒光和磷光壽命。
3. 在RASSCF(RASDFT)級(jí)別的激發(fā)態(tài)勢(shì)能曲面上自動(dòng)搜索能壘，圓錐交叉點(diǎn)等。
4. 用MULA代碼計(jì)算兩個(gè)電子態(tài)諧振能級(jí)之間的躍遷偶極矩和振動(dòng)躍遷的強(qiáng)度，獲得振動(dòng)分辨電子光譜。
環(huán)境影響
MOLCAS-6可處理溶劑中的分子和大分子體系：
1. 用Onsager球穴模型或極化連續(xù)介質(zhì)模型(PCM)處理溶劑影響。
2. QM/MM方法可用于計(jì)算大分子體系，如蛋白質(zhì)，分子簇等。ComQum代碼可以把Molcas和Amber分子力學(xué)代碼（需另外獲得）組合進(jìn)行QM/MM計(jì)算。
3. NEMO程序產(chǎn)生分子間作用力，用于MC/MD模擬。這些力場(chǎng)包括靜電，感應(yīng)，色散和交換-排斥項(xiàng)。它們基于個(gè)別分子的計(jì)算。
其它功能
1. 調(diào)用COLUMBUS的接口進(jìn)行MR-CI(+Q)，MR-ACPF, MR-CEPA, MR-AQCC(-v)等計(jì)算。
2. 獨(dú)立于平臺(tái)的圖形用戶界面，用于顯示軌道和密度（尚在開(kāi)發(fā)中）。
3. 部分模塊實(shí)現(xiàn)了并行化：Seward，SCF，Alaska，McKinley，MCLR和CC基本實(shí)現(xiàn)了線性或超線性加速。
4. 結(jié)合了到ACES II的界面，可以和該代碼的全部耦合簇特性一起使用。同時(shí)也可在ACES II中使用MOLCAS中的積分和梯度程序。
5. Cerius2系列的圖形用戶界面C2MOLCAS，可以簡(jiǎn)化輸入，顯示計(jì)算的MO，頻率和優(yōu)化結(jié)構(gòu)。
6. 到Molden的接口，用于繪制分子軌道，顯示幾何優(yōu)化和諧振分析的結(jié)果。
7. 格點(diǎn)顯示程序MOLCASGV，基于OpenGL/Mesa，用于顯示MOLCAS的分子的軌道、密度和密度差。
8. 用GRID_IT包計(jì)算分子軌道和密度格點(diǎn)文件，用于MOLCASGV，C2MOLCAS和GABEDIT顯示。
9. 包含了MOPAC，HONDO等的功能。
10.到LUCIA和LUCIAREL的接口（需要向作者索取LUCITA程序），分別進(jìn)行direct-CI和相對(duì)論雙值群CI計(jì)算。
