ADF-分子与团簇的DFT计算

概述

ADF 是世界上最早的 DFT 计算软件，计算功能非常完善、全面，建模、分析用户界面对初学者非常友好，节点内、跨节点并行计算效率非常高效。

• 一般功能：电子与结构、谱学与非线性光学性质、化学反应、热力学性质、溶剂化效应等，并包括高精度GW方法精确计算分子解离能与亲和势。
• 光学材料：零场劈裂、激发态辐射速率与寿命、系间窜跃、自旋轨道耦合，高精度GW方法精确计算ΔE_S-T。为OLED器件模拟软件Bumblebee提供原子层级模拟数据输入，辅助OLED器件模拟。
• 重元素与配合物：重元素体系研究必备工具，包含高精度相对论方法ZORA、X2C，完善的轨道成分分析、以及最流行的化学键分析方法EDA-NOCV、IQA等。

优势

• 效率优势：
  • 支持节点内、跨节点高效并行计算，对较大体系，千核并行也能达到非常高加速比
  • 支持大体系计算，例如大体系吸收光谱
  • 普通工作站，甚至台式机就可以计算几百原子的规模的TDDFT性质
• 方法优势：
  • 高精度相对论方法：涵盖元素周期表
  • 擅长过渡金属、重元素体系：配合物成键分析、自旋轨道耦合效应引发磷光与系间窜跃
  • 泛函更新换代迅速：及时引入最新的重要泛函
  • 高精度 STO 基组：对于重元素的电子轨道计算，其他基组很容易出现定性错误（例如锕系元素体系轨道组分不正确），ADF 可靠性久经考验
  • QM/MM与多尺度方法

功能列表

• 分子轨道与能级分析
  • 分子轨道MO投影到碎片轨道SFO、SFO可视化
  • 基于片段轨道的CDFT：能够有效将电荷局限到体系的某个局部，并支持此类体系的分子轨道计算、能级计算、EDA 分析、ETS-NOCV 分析、转移积分计算等

• 键合分析
  • 键级与键能计算、能量分解EDA、电荷分解CDA、化学价自然轨道ETS-NOCV（能量贡献T/V分析）、原子间键能计算方法IQA、df轨道在配合物中的分裂
  • NBO
  • 通过Laplacian电子密度与键关键点区分化学键类型、DORI

• 化学反应
  • 分子结构预测与筛选
  • 过渡态搜索、活化能、内反应坐标IRC、部分原子的频率及其相关Gibbs自由能
  • 人工智能：自动探索模拟表面化学反应机理、表面吸附位点探索、根据反应物结构自动预测化学反应网络
  • 最新2018版FuKui函数、亲核性与亲电性
  • 氧化还原电位计算、氧化还原Gibbs自由能变化
  • 激发态化学反应

• 激发态计算
  • 紫外可见吸收谱(非相对论方法、相对论动能修正、考虑自旋轨道耦合)
  • 自旋翻转跃迁
  • ROKS-TDA 限制性开壳层的激发态计算
  • X射线吸收（XANES、EXAFS、XPS）
  • 激发态辐射跃迁寿命，荧光发射谱
  • 解析梯度的TDDFT+TB优化激发态结构
  • 开壳层大体系杂化泛函计算激发态加速近似HDA
  • 考虑自旋轨道耦合的情况下计算ECD谱
  • POLTDDFT方法快速计算Au、Ag团簇吸附小分子体系紫外可见吸收谱
  • QMMM、多尺度方法计算紫外可见吸收谱、COSMO溶剂化的TDDFT
  • 配体场DFT(LFDFT)对 d → d和f → d电子转移的情况，令计算结果更可靠
  • 三重态零场劈裂ZFS
• OLED与系间窜越
  • 磷光发射谱
  • SOCME估算系间窜跃
  • 激发态间跃迁偶极矩
  • 系间窜越速率、Franck-Condon因子、Huang-Rhys因子
  • 基于 ROSE 的激子转移积分
  • GW-BSE 方法精确计算 S0-T1 能隙、精确 IP 值计算：顶点校正 GW 方法

• 谱学性质
  • 红外光谱、拉曼光谱、共振拉曼、表面增强拉曼光谱
  • 核磁共振：闭壳层NMR、开壳层NMR、考虑自旋-自旋耦合的1H-NMR、NICS、芳香性
  • VCD、MCD、ESR、EPR、自旋－自旋耦合常数、使用NBO与NLMO分析NMR化学位移和EFG贡献来源（教程）
  • 芳香性指数Iring与多中心指数MCI（教程）
  • 穆斯堡尔谱(教程)：原子核处电子密度、Isomer shifts、quadrupole splitting
• 非线性光学：
  • 极化率与介电常数
  • 超极化率、Damped一阶超极化率β、Damped二阶超极化率γ、零频β、光学矫正β、EOEP β、SHG β、零频γ、EFIOR γ、OKE γ、IDRI γ、EFISHG γ、THG γ、TPA γ （教程）
  • 等离激元增强双光子吸收（教程）
• 电荷、电子密度分析：
  • QTAIM(Bader)、NBO分析、NBO轨道图
  • NPA电荷，原子部分电荷Mulliken、Hirshfeld、Voronoi形变电荷（教程）、电荷分解分析（CDA）、电偶极矩
  • 函数分布曲线：电子密度、动能密度、电子密度拉普拉斯、电子密度梯度、电子密度二阶梯度、静电势、电子轨道、NOCV轨道、NCI、SEDD（教程）
  • 函数空间分布图：静电势、范德华表面静电势分布、密度、自旋密度、Spinor：Spin Magnetization Density、RDG函数、ELF、非共价作用NCI、SEDD、基态差分电子密度（教程）、激发差分电子密度（教程）

• 电荷迁移性：
  • 转移积分方法计算分子间载流子迁移（教程）
  • 金属－配体电荷转移（MLCT）、激发态电荷转移描述符
  • 片段结合引起电子密度迁移：差分电子密度（教程）
• 溶剂化方法：
  • 隐式溶剂化COSMO、SCRF、3D-RISM
  • 显式溶剂化：QMMM、多尺度模拟、FDE、基于DRF与QM/FQ的QMMM
• 范德华色散系数
• 热力学性质：热容、Gibbs自由能、熵、焓等、溶剂化自由能
• 磁学性质：磁化率、Verdet常数、旋转g张量、Spinor：Spin Magnetization Density

应用

• AMS知识库，阅读ADF最新应用案例
• 中文教程