Кьюбокс
| Оригинальный автор(ы) | Франсуа Гижи |
|---|---|
| Разработчик(и) | Франсуа Жижи, Иван Дюшемен, Джун Ву, Куан Ван, Уильям Доусон, Мартин Шлипф, Хэ Ма, Майкл ЛаКаунт |
| Первоначальный выпуск | 2003 год |
| Стабильная версия | 1.73.3 / 20 августа 2021 г |
| Репозиторий | github |
| Написано в | С++ |
| Операционная система | Unix , Unix-подобные , FreeBSD |
| Лицензия | лицензия GPL |
| Веб-сайт | qboxcode |
Qbox — это пакет программного обеспечения с открытым исходным кодом в атомном масштабе для моделирования молекул , жидкостей и твердых тел . Он реализует первые принципы (или ab initio ) молекулярной динамики , метод моделирования , в котором межатомные силы выводятся из квантовой механики . Qbox выпускается под лицензией GNU General Public License (GPL), документация доступна по адресу http://qboxcode.org . Он доступен как порт FreeBSD . [1]
Основные особенности
[ редактировать ]- Борна-Оппенгеймера Молекулярная динамика в микроканоническом (NVE) или каноническом ансамбле (NVT)
- Молекулярная динамика Кар-Парринелло
- Молекулярная динамика с ограничениями для термодинамической интеграции
- Эффективное вычисление максимально локализованных функций Ванье
- GGA и гибридного функционала плотности (LDA, PBE, SCAN, PBE0, B3LYP, HSE06, ...) Приближения
- Электронная структура в присутствии постоянного электрического поля
- Расчет электронной поляризуемости
- Электронный ответ на произвольные внешние потенциалы
- Инфракрасная и рамановская спектроскопия
Методы и приближения
[ редактировать ]Qbox вычисляет молекулярно-динамические траектории атомов, используя расчетов уравнения движения Ньютона, с силами, полученными в результате структуры электронной , выполненных с использованием теории функционала плотности . Моделирование может быть выполнено либо в рамках приближения Борна-Оппенгеймера , либо с использованием молекулярной динамики Кар-Парринелло . Основное электронное состояние вычисляется на каждом временном шаге путем решения уравнений Кона-Шэма . различные уровни приближений теории функционала плотности Могут использоваться , включая приближение локальной плотности (LDA), обобщенное градиентное приближение (GGA) или гибридные функционалы , которые включают часть Хартри-Фока обменной энергии . Электронные волновые функции разлагаются с использованием плоских волн базиса . Электрон-ионное взаимодействие представлено псевдопотенциалами .
Примеры использования
[ редактировать ]- Электронные свойства наночастиц [2]
- Электронные свойства водных растворов [3]
- Ландшафт свободной энергии молекул [4]
- Инфракрасные и рамановские спектры водорода при высоком давлении [5]
- Свойства границ раздела твердое тело-жидкость [6]
Архитектура и реализация кода
[ редактировать ]Qbox написан на C++ и реализует параллелизм с использованием как интерфейса передачи сообщений (MPI), так и OpenMP интерфейса прикладного программирования . Он использует библиотеки BLAS , LAPACK , ScaLAPACK , FFTW и Apache Xerces . Qbox был разработан [7] для работы на компьютерах с массовым параллелизмом , таких как суперкомпьютер IBM Blue Gene или суперкомпьютер Cray XC40 . В 2006 году с его помощью был установлен рекорд производительности. [8] на компьютере BlueGene/L, установленном в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса .
Интерфейс с другим программным обеспечением для моделирования
[ редактировать ]Функциональность Qbox можно расширить, объединив его с другим программным обеспечением для моделирования, используя парадигму клиент-сервер . Примеры совместной работы Qbox включают в себя:
- Вычисления свободной энергии : в сочетании с пакетом программного обеспечения для расширенного ансамблевого моделирования (SSAGES).
- Расчеты энергии квазичастиц : в сочетании с пакетом программ WEST для возмущений многих тел.
- Квантовое моделирование с интегралом по траектории : в сочетании с универсальным силовым двигателем i-PI.
См. также
[ редактировать ]- Список программного обеспечения для квантовой химии и физики твердого тела
- Теория функционала плотности
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Поиск портов FreeBSD» .
- ^ Арин Р. Гринвуд; Мартон Ворош; Федерико Джиберти; Джулия Галли (2018). «Новые электронные и диэлектрические свойства взаимодействующих наночастиц при конечной температуре» . Нано-буквы . 18 (1): 255–261. Бибкод : 2018NanoL..18..255G . дои : 10.1021/acs.nanolett.7b04047 . ОСТИ 1421969 . ПМИД 29227689 .
- ^ Туан Ань Фам; Марко Говони; Роберт Зейдель; Стивен Э. Брэдфорт; Эрик Швеглер; Джулия Галли (2017). «Электронная структура водных растворов: преодоление разрыва между теорией и экспериментами» . Достижения науки . 3 (6): e1603210. Бибкод : 2017SciA....3E3210P . дои : 10.1126/sciadv.1603210 . ПМЦ 5482551 . ПМИД 28691091 .
- ^ Эмре Севген; Федерико Джиберти; Хайтем Сидки; Джонатан К. Уитмер; Джулия Галли; Франсуа Жижи; Хуан Х. де Пабло (2018). «Иерархическое сочетание первых принципов молекулярной динамики с передовыми методами выборки». Журнал химической теории и вычислений . 14 (6): 2881–2888. дои : 10.1021/acs.jctc.8b00192 . ПМИД 29694787 .
- ^ Чуньи Чжан; Цуй Чжан; Мохан Чен; Вэй Кан; Чжуовэй Гу; Цзяньхэн Чжао; Кангли Лю; Чэнвэй Сунь; Пин Чжан (2018). «Инфракрасные и рамановские спектры водорода высокого давления при конечных температурах из первых принципов молекулярной динамики». Физический обзор B . 98 (14): 144301. Бибкод : 2018PhRvB..98n4301Z . дои : 10.1103/PhysRevB.98.144301 . S2CID 125608611 .
- ^ Ренгин Пекес; Давиде Донадио (2017). «Диссоциативная адсорбция воды на (211) ступенчатых металлических поверхностях с помощью моделирования из первых принципов» . Журнал физической химии C. 121 (31): 16783–16791. дои : 10.1021/acs.jpcc.7b03226 . S2CID 103934369 .
- ^ Франсуа Гижи (2008). «Архитектура Qbox: масштабируемый код молекулярной динамики, основанный на первых принципах». Журнал исследований и разработок IBM . 52 (1, 2): 137–144. дои : 10.1147/rd.521.0137 . ISSN 0018-8646 .
- ^ «Суперкомпьютер устанавливает новый рекорд производительности» .