Molpro

  Molpro

        Molpro是一款功能全面的量子化学计算软件,其优势在于对电子结构的高精度计算,并且提供的算法更加全面,包括密度泛函DFT、微扰理论MPn、多参考组态相互作用(MR-CI)、耦合簇(CC)以及其他相关方法,是国际上广泛应用的专业级量化计算软件。
          Molpro软件的作者H. -J. Werner教授是国际量子分子科学院(International Academy of Quantum Molecular Science)院士,并且自1995年以来一直担任Int. Rev. Phys. Chem.和Phys. Chem. Chem. Phys.等多种期刊的编辑,精于理论化学的算法研究。H.-J. Werner教授和P. Knowles教授从编程层面上对Molpro的运算模块做了大量优化,因此Molpro可以说是目前计算速度最快的量化软件之一。这尤其体现在处理激发态的时候,Molpro用MR-CI方法通常只需10个循环即可自洽收敛,而不会像其它软件常用的CASSCF方法那样难以收敛,并且MR-CI的计算结果更加精确。

Molpro 2025.3新功能

CABS 单修正并行化 

改进 HF-CABS 单修正模块,现支持多节点并行;PNO-F12 计算默认自动计算并复用该修正。  

默认关闭 `ORTHO_CABS=0` 节省一次对角化,相对能量影响极小;可通过 `ortho_cabs=1` 恢复旧行为。

PNO-LCCSD(T)-F12 域优选

新增 `SORTPNO` 选项:先按占据数、再按半正则能量贡献补选 PNO,可显著缩减部分域;`EPNO_MIN=value` 可剔除能量贡献过小的 PNO

PNO 区域相关

支持为不同相关区域设定专属域参数与扩展中心列表,使用见 `[REGION]` 章节。

INTERACT 重启动

支持在已完成 CP 校正后重启,跳过或单独执行单体松弛、无 CP 计算,重启动更灵活。

CC2 性质与跃迁矩

闭壳层密度拟合 CC2 程序现可计算基态密度矩阵、多极矩及激发态跃迁矩。

有限场性质计算

新增自动化脚本,一键完成多极矩、极化率等有限场性质计算。

自洽随机相近似(SCRPA 

新模块 `SCRPA` 实现自洽 RPA 方法:用 OEP 构造精确交换 + RPA 相关势;`SCEXX` 模块提供无相关的自洽精确交换 OEP

外部接口扩展

支持 TREXIO 格式读写几何;`pymolpro` 新增导出几何/基组/轨道到 TREXIO,并可在 ASE 中直接调用 Molpro

图形界面 gmolpro

gmolpro2.8.0 Molpro 2025.2 捆绑,基组库同步更新。  

gmolpro 2.7.0 2025.1 配套,支持轨迹可视化(多 XYZ 拼接)、扩散轨道放大显示;2025.1+ 需 ≥2.7.0 以兼容新 xml/xml-sidecar 分离格式。

Bug 修复

消除双杂化 DFT 串并行结果不一致缺陷:并行模式现也正确施加 MP2 相关比例因子。

Molpro 2025.2新功能

Interact 程序

修复 PNO-LCCSD(T*) 三重项缩放的极小 bug,影响可忽略。

拟合基组

Ba def2-QZVPP MP2FIT 基组更新为新版,旧版仍可通过 def2-QZVPPO 调用。

-电子轨道 DFTNEO-DFT

现已支持密度拟合,限于标准数值积分网格 SG1-3

通过 libxc 提供电子-质子相关泛函 epc17.1epc17.2epc18.1epc18.2

内置 Brorsen 等开发的多组分基组 cc-pVnZ-mc aug-cc-pVnZ-mc,可直接调用。

Molpro 2025.1新功能

关键 bug 修复 

消除含 ECP 且满足“分段/CV 基组 + 同种原子相邻 + 对称映射”条件时,Hartree-Fock 起始猜测错误(导致不收敛或报错)的问题;[a]vnz[-f12] 系列基组不受影响。

新基组与赝势

为多种 3d 过渡金属新增配套赝势及相应基组。

自动计算相互作用能

新增程序 Interact,可一键完成 CP 校正的相互作用能计算。

PNO 区域相关法

REGION 方案进一步优化,局域相关空间划分更稳健。

并行二进制策略调整

不再提供 sockets 版;官方仅发布 MPI-PR 二进制。该方案受 Global Arrays 官方支持,内存配置更简洁,且可避免大内存任务在其他运行时环境下出现的崩溃。

Molpro 2024.1新功能

综合修复

对既有方法进行多项错误修正与性能改进。

全新界面 iMolpro

免费内置,可图形化生成 DFT 及所有单参考方法的输入文件,并提交至指定机器执行;同时集成 Jmol,可直接查看分子结构、轨道与振动模式。

D4 色散修正  

修复赝势计算中色散能偏小的问题;新增与 D4 程序一致的 libxc 泛函别名,可直接使用常见泛函简称。

密度基组校正

大幅加速(支持密度拟合与否);现可调用多种泛函进行校正。

内收缩多参考耦合簇(icMRCC

推出 CAS(2,2)-icMRCCSD,理论细节见 JCP 158, 134801 (2023)

PNO-F12 能量变量  

PNO-LMP2-F12 / PNO-LCCSD(T)-F12 计算后自动设置 `EMP2F12_PNO`PNO 投影)与 `EMP2F12_OSV`PAO/OSV 投影)变量,便于后续提取。

量子核自适应优化(adaptive-NEO  

SCF 循环中自动把核基中心移至核轨道质心,实现量子核位置的自洽优化。

基组简称更新

短名 `[awc]vnz-dk`n=d/t/q/5)现对应第二周期 AlCl `[aug]-cc-p[wC]V(n+d)Z-DK` 系列;若不想用 +d 扩展,请写全名。

图形界面 gmolpro 2.3.0  

2024.1 捆绑发布;新增“Display/Retina Screen”切换,支持 Retina 像素倍率(1×/2× 或自定义),配置自动保存于 `~/.pqsmol/gmolpro.conf`;默认启用 `LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1`,避免 Mesa 驱动引发的 Linux 崩溃。

 Molpro 2023.1新功能:

多节点并行  

Linux MPIPR 二进制现支持基于 UCX 的多节点并行(集群需装 UCX),已覆盖闭/开壳 DFHFDFKS PNOLCCSD(T);需高速网络(如 InfiniBand)保证效率。推荐优先使用 MPIPR 版本,无需 GA 预分配(G)。

开壳耦合簇  

正式推出 unrestricted UCCSD(T) 及相关方法,基于 UHF 轨道,详见“开壳耦合簇理论”章节。

几何优化升级  

默认启用新型自然内坐标优化器(PQS),收敛更快;新增专属选项面板。

旋转不变 DFT 网格  

默认采用原子环境依赖旋转网格,保证 KS 能量旋转不变性。

PNO 核相关改进  

自动分内外核轨道算法优化;新增选项 `LOC_OUTCORE=MIX`,更稳健处理核价分离。

核电子轨道(NEO)方法  

实现多组分限制 NEOHF,可在电子 SCF 同时量子化对待选定质子,适用于质子隧穿等研究。

DFT 基组外推校正  

引入 Giner & Toulouse 模型(JPC Lett 2019),用 DFT 估计基组不完备误差,自动修正总能量。

σ泛函与 RIRPA  

RIRPA 模块新增 Görling 组 σ泛函,计算速度与 RPA 相当,精度普遍优于传统 RPA,适用于多种化学性质。

CISPT2 多参考微扰  

新理论层:MRCIS 先行松弛参考系数,再微扰加双激发修正;价激发能精度优于 CASPT2/NEVPT2

NEVPT2 bug & 默认收紧  

修复若干潜在问题,DFNEVPT2 默认积分筛阈值更紧,结果更稳定。

图形界面 gmolpro 2.2.0

2023.2.0 捆绑发布,采用 GTK 2.24,改善 macOS 菜单同步;  

某些 Linux 发行版(如 openSUSE15.5)需预先 `export LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1` `export MESA_LOADER_DRIVER_OVERRIDE=i965` 避免 Mesa 库崩溃。  

优化/频率图标灰色不可用?切换加载对应轨道集即可激活窗口。

 Molpro 2022.3新功能:

 并行策略

命令行 `-mppx` 被移除;数值梯度/ Hessian / VCI 曲面扫描默认自动按几何分进程独立计算,可用 `MPPX=0` 关闭。

KS 轨道做耦合簇

新增 `H0=MP|KS` `KSFOCK` 选项,可先跑 KS 再调用 CCSD CCSD(T)。  

`H0=MP` KS 轨道重算并块对角 Fock 矩阵;`H0=KS` 则直接把 KS Fock 矩阵当零阶哈密顿量,用于双杂化 DFT RPA;单激发可在 MP2 步包含或剔除 (`NOSINGLES`)

PNO 系列增强  

PNO-LMP2/LCCSD-F12 打印的 LMP2 能量已含 CABS 单修正;域校正能量存于 `EMP2C` (别名 `EMP2_DC`)F12 能量存于 `EMP2F12` (别名 `EMP2_F12`)。  

PNO-LCCSD(T)-F12 `(T)` 步可从 dump 文件重启。  

新增 `domopt=vtight` 超紧域设置;可定制分子间特殊域;`SAVE_LMO=record` 可把局域轨道写入指定记录及 xml,供 gmolpro 可视化。

MRCI 重启

修复引用已存参考向量时的重启错误。

NEVPT2

最大活性轨道数从 14 扩至 32

RS2 梯度

修复大参考空间下的并行缺陷,并提升部分环节性能与并行效率。

转动-振动光谱  

VCI 程序新增 `ROVIB` 指令,自动基于 RVCI 理论计算高分辨转动-振转光谱,可含高阶 Coriolis 耦合;结果输出至外部文件,可用 DAT2GR 模拟谱图。  

大幅扩展 VIBSTATE 程序,统一控制 VSCF/VCI 各阶段所需态列表,现已支持非阿贝尔点群。

DFT-NMR 屏蔽张量

新程序 `dftshield` 支持 LDAGGA、杂交 GGA 用密度拟合计算闭壳层 NMR 屏蔽张量,目前无对称性。

默认基组文档

扩充默认基组说明章节,列出各元素缺省选择。

Cartesian 基组输入

可在 `SET` 指令用 `CARTESIAN` `ATTRIBUTES=CARTESIAN` 显式指定;但拟合速度明显慢于球谐,且 F12 暂不支持 Cartesian

Python 项目管理

发布 `pymolpro` 包(conda-forge 安装),支持以编程方式创建、运行、分析 Molpro 项目,与 gmolpro 共用项目包格式;文档与源码见 [molpro.github.io/pymolpro](https://molpro.github.io/pymolpro) GitHub

Molpro 2022.2新功能:

Cartesian 基组支持完善

修复起始猜测、AVAS 等若干 Bug,密度拟合适用至 h 函数。

DFT 网格默认 orient=1KS 能量旋转不变,仅微哈特利级别变动;旧行为可手动设 orient=0 恢复。

PNO-LCCSD 新增 F12 投影选项,支持为价、核-价、核-核对分别指定不同宝石指数 β(GEM_BETA)。

RS2C 期望值计算内存占用与速度显著优化;新增 NOPROP 关键词一键跳过期望值计算。

gmolpro 图形界面扩充

新增网格精度、坐标与优化方法选项面板。

2.1.0 版捆绑 2022.2.3,令牌可放 $HOME/.molpro/token 或系统公共路径;新增振动幅度滑条、独立小窗显示 XYZ 构型;自动识别并填入力场参数;修复含虚原子 z 矩阵显示等 Bug

2.0.0 版对应 2022.2.2,安装与令牌机制同上。

Molpro 2022.1新功能:

紧急补丁 2022.1.2

修复 Cartesian 基组下 KS TDDFT 计算 Bug

PAPT 微扰理论

引入“微扰适应零阶哈密顿”,仅支持闭壳层,参考 JCP 156, 011101 (2022)。  

CORE 指令升级

AlAr 第二周期元素默认不再相关 2s2p;新增全局 CORE 命令;旧行为可用 CORE,MIXED_OLD 恢复。  

SCF 收敛利器 SO-SCI

/开壳 RHF 均支持二次或混合二次/一阶 SO-SCI 优化({RHF,SO|SO-SCI;})。  

CAHF 同样集成 SO-SCI{CAHF,SO|SO-SCI;})。  

新变体 {RHF,SO-SCI-ACTIVE} 对所有 AVAS 轨道二次优化;迭代更少、陷局域极小概率更低。  

MCSCF/CASSCF 重写 CI 向量导出  

统一使用 SAVE,CIREC=record NATORB,orbrecord,CIREC=record,全部以 CSF 基保存,可跨自旋态平均;旧版 wfu 需重算。

{CASCI;} 简写可用,输入轨道保持不变(dont,orbital 行为内置)。

支持态平均能量梯度,行列式计算抗自旋污染能力增强。  

MRCICASPT2 共享 CI 向量

MRCI/CASPT2 现可直接引用 MULTI 保存的 CI 向量(CIREC=record)。  

HLSMAT 高效自旋轨道耦合

ECP 算符下,用 MCSCF/MRCI(无外部激发)波函数计算并对角化自旋轨道哈密顿矩阵,算法大幅提速。  

PNO-LCCSD 精细调整  

IBO 收敛阈值 1e-8 1e-9PAO 冗余阈值 1e-6 1e-7。  

核轨道局域改用 AO IBO,减少轨道类型混合,F12(核相关) 能量更稳定;默认 loc_method_core=IBO(AO),旧行为可手动复原。  

图形界面 gmolpro 1.4.0

支持同一 XML 文件含多步优化、频率或多分子结果;轨道窗口一键加载并显示对应结构/振动模式;向导模式可点选更多性质。

Molpro 2021.2新功能:

并行层

新增 MPI-file 模式,绕过 GlobalArrays 预分配难题;单机默认 --ga-impl disk,无需预占内存。 

若坚持全局数组模式(--ga-impl ga),Linux 额外提供 GA-mpi-pr 版二进制,可自动规避分配失败,但会占用 1 个辅助进程(例:-n 20 实际 19 进程计算)。

RS2C/CASPT2

rs2c 程序现已支持多态 CASPT2,可直接计算多个电子态的二阶能量。

NEVPT2

正式支持密度拟合加速,命令简化为 DF-NEVPT2

AVAS

新增选项,让目标活性空间的定义更灵活、更宽松。

Molpro 2021.1新功能:

Hartree-Fock / DFT  

默认启用全新 HF/KS 模块,收敛更稳健;难收敛时可用 hf,old 切回旧版。  

新增混合二阶/Super-CI 策略(hf,so-sci),开壳层 ROHF 难例也能稳定收敛。

MCSCF/CASSCF  

广义动态权重:可只对指定态施加权重。  

CAHF 多参考态平均优化支持所有不可约表示与自旋多重态,收敛优于等价 HF。  

支持将 multi 轨道导出为 RHF 格式;可限制计算单电子性质的态。  

优化过程可导出“原始”轨道,输入轨道保持不动(dont,orbital)。

解析梯度  

RASPT2rs2 程序)现已提供解析能量梯度。 

TD-DFT  

可计算旋光 CD 谱的旋转强度(仅限自旋限制 TDDFT)。  

支持闭壳与开壳 TDHF/TDDFTLDA/GGA 泛函)的一阶非绝热耦合矩阵元(NACME)。

其他  

全程序常数更新至 CODATA 2018 最新值。  

稀疏轨道打印格式升级:每个系数均给出中心序号、基函数类型及该类型在该原子的序号(MU)。

Molpro 2020.2新功能:

解析能量梯度

对称性下提供 DF-MCSCF(单态)、DF-HF/UHFDF-KS/UKS 的解析梯度。

闭壳层单重激发态 TD-DFT 解析梯度,支持常规与密度拟合两种模式。

PNO-LCCSD(T)-F12 升级

默认不再将核轨道排除在 CCSD-F12 投影之外,过渡金属计算更稳健(可用 MODOMC=1 恢复旧逻辑)。

-价轨道分离局域化,默认独立处理核轨道,提高含核相关计算的精度与收敛性(可用 LOC_OUTCORE=ON 恢复旧逻辑)。

F12 能量变量统一:ENERGY 直接保存最终总能量;PNO-LCCSD-F12 F12bF12a/b 能量分别存于 ENERGYA/ENERGYBENERGC 同理。

F12 标度三重项的缩放因子不再计入“远距对”贡献,结果更合理。

Linux 二进制最低系统要求提升至 glibc 2.17 及以上。

Molpro 2020.1新功能:

图形与平台

正式提供 Windows 可执行文件  

gMolpro 图形界面基于 PQSMol,可在 LinuxmacOS 本地或远程提交任务,并支持结构预优化与结果查看

多参考方法

MULTI 程序重写,引入改进的二阶与一阶算法,兼顾收敛稳定性与并行效率,适用于大分子 CASSCF PNO-CASPT2 扩展到多态(MS-CASPT2),可一次获得多个电子态的能量与性质

含时密度泛函

全新 TDDFT 内核支持分子对称、开壳层自旋非限制波函数、并行密度拟合及标准 LDAGGA、杂化 GGA、范围分离杂化 GGA  

可计算任意单电子算符的线性响应性质,并同时给出各向同性与各向异性 C6C8C10 色散系数

密度泛函扩展

内置 LibXC 接口,可直接调用其中 LDA meta-GGA、范围分离杂化等各类泛函  

新增非局域 van der Waals 泛函 VV10,用于自旋限制计算以改善长程相关描述

局域显相关耦合簇

PNO-LCCSD(T)-F12 扩展到高自旋开壳层分子,保持显关联精度同时实现线性标度开销

势能面与光谱

XSURF 程序支持任意对称性,可快速生成多维势能面供后续非谐振动计算  

POLY PESTRANS 代码加速,缩短拟合与变换时间  

新增 EVSPEC 程序,可计算包含 Duschinsky 效应的非谐电子振动吸收谱,支持 CIKS RWF 两种算法 

 

Molpro 2018.1新功能:

 

图形与接口

推出全新图形界面 gMolpro,可完成可视化建模、作业提交和远程监控

耦合簇与局域化

引入准变分 QVCCD,改进单参考体系描述  

常规与局域耦合簇均支持解析梯度,几何优化更快更稳  

默认提供 PNO-LCCSD(T)-F12,兼顾显关联精度与线性标度开销  

波函数嵌入 WF-in-DFT 现可计算解析梯度,方便分层 QM/QM 优化

多参考与强关联

并行 MCSCF 重写,大活性空间 CASSCF 速度显著提升  

新增 PNO-CASPT2,用于大分子激发态或反应路径  

对接外部 MRCC,实现任意阶多参考耦合簇  

支持自动活性空间选择 AVAS,减少手工试探

密度泛函

LDF-HF / LDF-KS 用局域密度拟合降低内存,并加速 SCF 收敛  

内置 Grimme D4 色散校正,弱相互作用更可靠  

扩充非局域关联核与 RPA 型泛函,支持 Kohn-Sham RPA 能量  

强化 DFT-SAPT 能量分解,可灵活分析分子间作用

性质与相对论

局域 MP2 可快速计算 NMR 屏蔽张量  

提供任意阶 DKH 哈密顿量,标量相对论效应可逐阶提升  

实现精确二分量 X2C,兼容有限核模型,重元素计算更准  

新自旋-轨道积分代码支持一般收缩基组,便于精细结构或 EPR 预测

基组与并行

调整 AlAr 默认核-价划分,新增碱金属、碱土、镧系、锕系 DK3 X2C 全电子及赝势基组  

DF-HFDF-KSDF-LCCSD(T) 支持部分三激发并行,并自动并行数值梯度与 Hessian

输出与第三方接口

结果可导出 XHTMLLaTeXMapleMathematicaMatlabCSV 等多种格式,轨道与基组信息可写 XML,方便数据库归档和后处理

 

Molpro2015.1新功能:

 

Molpro2012.1 

新的方法包括:

  • 准变分耦合簇方法
  • RS2-F12与MRCI-F12
  • 扩展CASPT2
  • 扩展显关联耦合簇方法
  • OSV-LCCSD(T)、SAPT(CCSD)
  • 激发态的局域方法
  • FCIQMC: 随机Full CI

在功能上的增加:

  • 使用基于DF-LMP2的GIAOs计算NMR屏蔽张量
  • Ab Initio Multiple Spawning Dynamics
  • CCSD, DF-MP2, DF-CASSCF, DF-RS2梯度计算

在效率与精度上的改进:

  • 新的内收缩MRCI代码MRCIC
  • 密度拟合加速CASSCF和CASPT2、LCCSD(T)、LUCCSD(T)、LRPA、LMP2-F12、LCCSD(T)-F12
  • 对高自旋开壳层体系,改进了SCF算法

 基本功能列表

  • 有效核势(ECP)和核极化势(CPP)。
  • 闭壳层和开壳层(包括自旋约束和非约束)自洽场方法(RHF、UHF)。
  • Kohn-Sham框架下的密度泛函理论(DFT),支持大量广义梯度近似(GGA)交换泛函和相关泛函。
  • 闭壳层单参考态电子相关方法:Moller-Plesset微扰理论(MP2-MP4)、耦合簇方法(CCSD(T))、二次组态相互作用方法(QCISD(T)以及Brueckner耦合簇方法BCCD(T));
  • 开壳层单参考态电子相关方法:开壳层自旋非限制与自旋限制的MP2方法(UHF-UMP2、 ROHF-RMP2)、(部分约束的)开壳层耦合簇方法(RHF-UCCSD(T)、RHF-RCCSD(T))。
  • 计算量相对于分子尺度增长为线性标度的局域电子相关方法:LMP2、LQCISD(T)、 LCCSD(T)。
  • 开壳层和闭壳层的直接相关(Explicitly correlated)方法:MP2-F12、LMP2-F12、 CCSD(T)-F12。
  • 可以直接计算激发能的CIS、CC2和EOM-CCSD方法。
  • 多组态自洽场(MCSCF)方法,包括CASSCF和RASSCF,并可以处理一般态平均(general state-averaged)的能量泛函。
  • 内部收缩的多参考态组态相互作用(MRCI),包括多种变形,例如:MR-ACPF,MR-AQCC。
  • 一般的多参考态二阶与三阶微扰理论(MRPT2/CASPT2、MP-PT3/CASPT3),多态(multistate)CASPT2。
  • 全组态相互作用方法(FCI)。
  • 使用直接积分技术(Integral-direct)的Hartree-Fock、DFT、MCSCF和电子对相关方法(MPn、CCSD、MRCI)。
  • 使用密度拟合技术(Density Fitting)的Hartree-Fock、DFT、MP2、LMP2、LCCSD(T)、 MP2-F12、 LMP2-F12方法。
  • 可以计算解析能量梯度的方法有:SCF、DFT、MP2、QCISD(T)、LMP2、LQCISD、SA-MCSCF/CASSCF以及MR-PT2/CASPT2。密度拟合方法已应用于SCF、DFT和LMP2的梯度计算。
  • 闭壳层HF和(single state)MCSCF/CASSCF的解析能量二阶导数(Hessians)。
  • 在所有方法中都能计算数值能量梯度和数值能量二阶导数(Hessians)。
  • 自动进行几何构型优化、过渡态寻找、反应路径跟踪。
  • MCSCF的解析非绝热耦合(non-adiabatic coupling)矩阵元计算,MRCI的数值非绝热耦合矩阵元计算。
  • 自动计算简谐和非简谐振动频率、振动强度和热力学性质。
  • 点电荷阵列的能量梯度(为做QM/MM优化)。

性质计算 & 波函数分析

  • 以下方法可以计算多种单电子性质:HF、DFT、MCSCF/CASSCF、MRCI、EOM-CCSD。使用以下方法计算多种跃迁性质:MCSCF/CASSCF、MRCI、EOMCCSD(CASSCF和MRCI也可计算不同的轨道组成的波函数之间的跃迁)。MCSCF/ CASSCF能计算一些双电子性质(例如角动量算符)。
  • CASSCF和MRCI的自旋-轨道耦合(spin-orbit coupling)。使用有效核势方法或使用Breit- Pauli形式。
  • Mulliken电荷分析和多极矩分布分析。
  • NBO分析。
  • CASSCF波函数的价键(Valence-Bond)分析和能量最优化的价键波函数计算。
  • 轨道局域化(Boys,Pipek-Mezey)。

图形显示计算结果

最新版Molpro 提供可视化工具MolproView,可用来直观地显示计算结果。MolproView的使用非常简单,它能够自动识别Molpro 的标准输出文件,根据其中的XML标记将计算结果转化为便于阅读的常规网页格式,并可利用jmol插件显示分子三维模型。

 

目前MolproView可用于显示以下项目:

1、单点能计算和频率分析的结果;
2、几何优化过程中的分子构型和能量变化;
3、势能面扫描结果;
4、三维结构信息,如分子轨道的形状等;