CRYSTAL

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CRYSTAL è un programma di chimica quantistica per effettuare calcoli ab initio, sviluppato prevalentemente per calcoli su cristalli (3 dimensioni), superfici (2 dimensioni) e polimeri (1 dimensione) grazie all'utilizzo della simmetria traslazione; può essere inoltre utilizzato per calcoli su singole molecole. [1]

È stato scritto da V.R. Saunders, R. Dovesi, C. Roetti, R. Orlando, C.M. Zicovich-Wilson, N.M. Harrison, K. Doll, B. Civalleri, I.J. Bush, Ph. D’Arco, and M. Llunell e sviluppato presso il Gruppo di Chimica Teorica dell'Università degli Studi di Torino ed il Computational Materials Group al Daresbury Laboratory presso Warrington in Cheshire, Inghilterra.

La versione corrente è CRYSTAL09, rilasciata a febbraio 2010; versioni precedenti sono CRYSTAL88, CRYSTAL92, CRYSTAL95, CRYSTAL98, CRYSTAL03 e CRYSTAL06.

Struttura del programma[modifica | modifica wikitesto]

Il programma è costituito da due moduli: crystal e properties.

Il modulo crystal è dedicato ai calcoli SCF, all'ottimizzazione della geometria e a calcoli delle frequenze per le strutture fornite in input. Alla fine del calcolo SCF il modulo crystal scrive le informazioni sul sistema cristallino in esame e sulle sue funzioni d'onda come dati sequenziali non-formattati in Fortran unit 9 e come dati formattati in Fortran unit 98.

Le proprietà elettronico e l'analisi delle funzioni d'onda viene eseguita dal modulo properties

Il principale punto di forza del codice CRYSTAL è dato dallo sfruttamento profondo e ottimizzato della simmetria, ad ogni livello di calcolo (sia SCF che calcoli di frequenze e gradienti). Ciò permette una significativa riduzione del costo computazionale per i sistemi periodici.

Background Teorico[modifica | modifica wikitesto]

Il metodo Hartree-Fock per sistemi periodici[modifica | modifica wikitesto]

C. Pisani and R. Dovesi, Exact exchange Hartree-Fock calculations for periodic systems. I. Illustration of the method. Int. J. Quantum Chem. 17 (1980) 501

V.R. Saunders, Ab Initio Hartree-Fock Calculations for periodic systems. Faraday Symp. Chem. Soc. 19 (1984) 79-84

C.Pisani, R.Dovesi and C.Roetti, Hartree-Fock ab-initio of crystalline systems, Lecture Notes in Chemistry, Vol. 48, Spinger Verlag, Heidelberg, (1988)

Il problema di Coulomb[modifica | modifica wikitesto]

R. Dovesi, C. Pisani, C. Roetti and V.R. Saunders, Treatment of Coulomb interactions in Hartree-Fock calculations of periodic systems. Phys. Rev. B28 (1983) 5781-5792

V.R.Saunders, C.Freyria Fava, R.Dovesi, L.Salasco and C.Roetti, On the electrostatic potential in crystalline systems where the charge density is expanded in Gaussian Functions Molecular Physics 77 (1992) 629-665

V.R.Saunders, C.Freyria Fava, R.Dovesi and C.Roetti, On the electrostatic potential in linear periodic polymers. Computer Physics Communications, 84 (1994) 156-172

Problemi di scambio[modifica | modifica wikitesto]

M.Causà, R.Dovesi, R.Orlando, C.Pisani and V.R.Saunders, Treatment of the exchange interactions in Hartree-Fock LCAO calculation of periodic systems. J. Phys. Chem 92 (1988) 909

Simmetria[modifica | modifica wikitesto]

R. Dovesi, On the role of symmetry in the ab initio Hartree-Fock linear combination of atomic orbitals treatment of periodic systems. Int. J. Quantum Chem. 29 (1986) 1755

C. Zicovich-Wilson and R. Dovesi, On the use of Symmetry Adapted Crystalline Orbitals in SCF-LCAO periodic calculations. I. The construction of the Symmetrized Orbitals. Int. J. Quantum Chem. 67 (1998) 299-309

C. Zicovich-Wilson and R. Dovesi, On the use of Symmetry Adapted Crystalline Orbitals in SCF-LCAO periodic calculations. II. Implementation of the Self-Consistent-Field scheme and examples. Int. J. Quantum Chem. 67 (1998) 309-320

Implementazione DFT[modifica | modifica wikitesto]

M.Causa`, R.Dovesi, C.Pisani, R.Colle and A.Fortunelli Correlation correction to the Hartree-Fock total energy of solids. Phys. Rev., B 36, 891, 1987

M.D. Towler, M. Causa' and A. Zupan Density functional Theory in periodic systems using local gaussian basis sets. Comp. Phys. Comm. 98, 181 (1996)

Implementazione dei gradienti analitici[modifica | modifica wikitesto]

K. Doll, V.R. Saunders, N.M. Harrison Analytical Hartree-Fock gradients for periodic systems. Int. J. Quantum Chem. 82, 1-13 (2001)

K. Doll, R. Dovesi, R. Orlando Analytical Hartree-Fock gradients with respect to the cell parameter for systems periodic in three dimensions. Theor. Chem. Acc. 112, 394-402 (2004).

Ottimizzazione della geometria[modifica | modifica wikitesto]

B. Civalleri, Ph. D'Arco, R. Orlando, V.R. Saunders, R. Dovesi Hartree-Fock geometry optimisation of periodic systems with the CRYSTAL code. Chem. Phys. Lett. 348, 131-138 (2001)

Funzioni di Wannier Localizzate[modifica | modifica wikitesto]

C.M. Zicovich-Wilson, R. Dovesi and V.R. Saunders A general method to obtain well localized Wannier functions for composite energy bands in LCAO periodic calculations. J. Chem. Phys. 115, 9708-9718 (2001).

Frequenze vibrazionali a Gamma[modifica | modifica wikitesto]

F. Pascale, C.M. Zicovich-Wilson, F. Lopez Gejo, B. Civalleri, R. Orlando, R. Dovesi The calculation of vibrational frequencies of crystalline compounds. and its implementation in the CRYSTAL code J. Comput. Chem. 25, 888-897 (2004).

C.M. Zicovich-Wilson, F. Pascale, C. Roetti, V.R. Saunders, R. Orlando, R. Dovesi Calculation of vibration frequencies of alpha-quartz: the effect of hamiltonian and basis set. J. Comput. Chem.25, 1873-1881 (2004).

Calcolo della costante dielettrica[modifica | modifica wikitesto]

C. Darrigan, M. Rerat, G. Mallia, R. Dovesi Implementation of the finite field perturbation method in the CRYSTAL program for calculating the dielectric constant of periodic systems. J. Comp. Chem. 24, 1305-1312 (2003).

Calcolo di proprietà di materiali cristallini[modifica | modifica wikitesto]

C.Pisani Quantum-Mechanical Ab-initio calculation of the Properties of Crystalline Materials, Lecture Notes in Chemistry, Vol. 67, Spinger Verlag, Heidelberg, 1996

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Computational Chemistry, David Young, Wiley-Interscience, 2001. Appendix A. A.2.2 pg 334, Crystal

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]