2018年度计算化学公社杯最常用的量子化学程序和DFT泛函投票结果统计

2018年度计算化学公社杯最常用的量子化学程序和DFT泛函投票结果统计

文/Sobereva @北京科音  2018-May-27



在2018年4月16号,在著名的计算化学公社论坛(http://bbs.keinsci.com)开展了为期一个月的“你最常用的量子化学程序投票”(http://bbs.keinsci.com/thread-9713-1-1.html)和“你最常用的DFT泛函投票”(http://bbs.keinsci.com/thread-9712-1-1.html)。现对投票结果进行总结和评论。未来可能每隔一两年重新举行一次投票。


1 你最常用的量子化学程序投票

可投程序有20种,投票者共233人,按照得票数目绘制的云字图如下,得票太少的被忽略了

本投票每个人最多选三项,且所投的程序必须占平时全部研究工作的10%以上。按照得票率绘制的图如下
由图可见,每10个量化工作者里就至少有9个人频繁使用Gaussian,得票率远远甩开其它程序。Gaussian在整个量化程序界的流行程度占据绝对主导优势,这个状况在十年内应该不会有太大改变。ORCA是除了Gaussian外用户最多的程序,发展势头良好,从统计看已经有约1/5的普通量化研究群体开始在日常研究中使用ORCA。有很多人认为ORCA正在威胁Gaussian的地位,但在短期内还不足以与之抗衡,毕竟ORCA虽然比Gaussian在不少地方有巨大的优势,但在大部分量化研究者需要的诸多功能上还有很大空白,诸如连十分重要的IRC都没有,meta系列泛函连二阶解析导数都不支持(而Gaussian都支持到三阶了),而且也缺乏gview那样的极佳的专属可视化工具。

令我稍微有点意外的是Dmol3的用户比我预想的多,居然能排到第三位。对于孤立体系(分子、团簇),笔者强烈不建议购买和使用Dmol3,又贵又弱又封闭,还根本没法结合Multiwfn做各种分析。要想图纯泛函计算速度快应当用ORCA,图功能完整、全面应当用Gaussian。我相信Dmol3的用户当中很大一部分都是初学者被忽悠才用的。ADF的得票率能排到第四,也高于我的预期,我对ADF的看法和对Dmol3类似。我相信Dmol3和ADF的用户比率在以后一定会下降,因为以后免费的程序会越来越优秀,这俩程序目前看来是优势的点会逐渐丧失。此外,由于其它软件的教学资源越来越丰富,且有计算化学公社和思想家公社QQ群等交流平台,用户间交流越来越便利,因信息不对称被忽悠而买这俩程序的人应当会越来越少。

Molpro得票率只有约5%,这很合乎现状,毕竟不同程序支持的方法侧重点不同,Molpro重点在MCSCF/多参考,现在大部分人都用DFT因此不会去用DFT做的不理想的Molpro。预计在未来,Molpro用户的比率应该也不会有太大变化,但有可能会因为免费的ORCA的冲击,以及Molcas的免费版OpenMolcas、Molcas@UU的推出而丧失一些。

GAMESS-US虽然知名度非常高(在早年应该说知名度仅亚于Gaussian),而且是综合性程序,但用户比率如今却非常低,可见早已失势。GAMESS-US近年来发展缓慢,呈老态龙钟状态,而且免费且强大的ORCA的迅速崛起,再加上GAMESS-US使用颇复杂,如今的年轻人也不爱这类刻板、古董风格的程序,GAMESS-US以后的市场必定会越来越小。GAMESS-US虽然在一些功能上也有优势,但那些功能都不是一般量化研究者用得到的。事实上,从计算化学公社论坛量化版的GAMESS-US分类的帖子来看,现在用GAMESS-US的大多都是要做LMO-EDA能量分解计算的人,如果等什么时候这个优势也被其它程序彻底取代,GAMESS-US就会加速灭亡。

MOPAC以其对半经验方法的全面支持和高效,有4%的人在用,比较正常。但随着越来越多的人认识到做类似半经验DFT的GFN-xTB方法的xtb程序的好处,MOPAC的地位恐怕要不保。但MOZYME还是MOPAC的独家优势。

Q-Chem一直处于不温不火的状态,年引用次数也就区区六七百,这次从投票情况看用户数目也确实就Gaussian一个零头。不流行主要在于Q-Chem定位和Gaussian一样,虽然也有一些Gaussian没有的优势,但是这些优势对一般用户并不重要,而相对于Gaussian来说又有很多不足,再加上ORCA火了,尤其是曾经Q-Chem引以为傲的TDDFT二阶解析导数在Gaussian16里已经有了,Q-Chem以后的生存应该比较困难。这程序不收费都未必有很多人用,更别说还是收费的,而且license和机子绑定,用户体验的机会都不多(虽说可以申请试用)。

有点意外的是Firefly虽然不流行,但竟然可怜到一票未得。而HyperChem这个给本科生教学用的程序竟然还都得了一票。PSI4的用户之少也超过预期,毕竟PSI4在SAPT等方面还是很有价值的,却居然只有1票。NWChem、Molcas、Dalton的得票率和预期的一致,用户数都不多,都是少部分人冲着它们的特色功能去的。



2 你最常用的DFT泛函投票

可投泛函有20种(明显感觉不会有多少人用的泛函就没纳入可投范围),投票者共299人,按照得票数目绘制的云字图如下,得票太少的被忽略了
本投票每个人最多选三项,且所投的泛函必须占平时全部研究工作的10%以上,带不带DFT-D3校正算同一个泛函。按照得票率绘制的图如下


投票期间一开始B3LYP和M06-2X咬得很厉害,齐头并进,结果后来姜还是老的辣,B3LYP最终依然保住了流行程度的No.1的宝座。毕竟M06-2X跟B3LYP比,速度慢,对积分格点要求高,而且D3弥补了B3LYP以往的一个重大软肋,再加上以后还有其它泛函出来,因此我感觉M06-2X的得票率如今已经饱和了,以后超过B3LYP的可能性不是很大。

ωB97XD(含ωB97X)、PBE0、PBE这回得票率非常接近,仅次于M06-2X,这是情理之中。ωB97XD和同年的M06-2X比,有种“既生瑜何生亮”的感觉,要是没有M06-2X把它的市场份额抢了的话,ωB97XD如今的流行程度应该会更高。

M06得票率符合预期,有一定市场,但还不算很流行,跟M06-2X没得比。M06L的用户比预期少得多,本以为和M06能差不多。MN15号称普适性好,但还不成气候,一方面是G16才支持,另一方面是这种各个方面都还成,但又都不突出的泛函,很难克服用户的“替换成本”流行开。

TPSSh和TPSS知名度也挺高,虽然如今算不上流行,但本以为也能有个大约2~3%的得票率,没想到现状很惨淡,TPSSh一票,TPSS三票。其实这俩泛函算过渡金属还是可以的。

B97系列和BH&HLYP也都很惨,其实还是有用武之地的。LC-ωPBE有些人用,估计大多都是冲着ω调控去的。BP86和BLYP这俩GGA泛函得票率比同为GGA的PBE低那么多,感觉有点意外,其实这俩泛函用处是很大的,BP86公认是经典的算配合物的泛函,而根据GMTKN55的测试,BLYP结合D3在GGA泛函中算弱相互作用是几乎最好的,很适合在ORCA中开RI算大体系弱相互作用,希望这俩泛函的价值别被低估。CAM-B3LYP在非主流泛函里算是混得不错的,这和它适合算大共轭体系激发态以及(超)极化率有密切关系。

APFD这回丢人丢大发了。此泛函在exploring第三版里被强行推销,几乎所有计算都用APFD,结果没成想,一票未得,说明烂泛函怎么推都没用。

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