CRYSTAL

CRYSTAL是第一個公開發布的研究晶體的程序，自1988年第一個版本以來，CRYSTAL發布了92、95、98、03、06、09、14、17八個版本。CRYSTAL程序使用Hartree-Fock、密度泛函或各種混合近似方法計算周期體系的電子態結構，所用的周期體系的Bloch函數用以原子為中心的高斯函數的線性組合展開。程序還使用了屏蔽技術以充分利用實空間的局域化特性。程序使用全電子基組或者價電子基組（有效核勢）進行限制性閉殼層，限制性開殼層，或者非限制性計算。程序可以正確處理空間對稱性（230個空間群，80個平面群，99個柱形群，45個點群）。點群對稱性與平移對稱性可以在分子體系上兼容。CRYSTAL的輸入工具可以從三維晶體結構產生層狀結構（二維體系）或者團簇（零維體系），創建缺陷體系的超晶胞，還可以從一個單層結構（二維體系）創建納米管（一維體系）。
CRYSTAL可以用來研究分子、多聚物、表面和晶體的物理性質和化學性質。例如：幾何結構、振動性質、電子態結構、磁學性質、介電性質、彈性等。

CRYSTAL17新特性快速瀏覽

New features with respect to CRYSTAL14 are in italics and red

Hamiltonians

Hartree-Fock Theory
- Restricted (RHF)
- Unrestricted (UHF)
- Restricted-Open (ROHF)

Density Functional Theory

Grimme’s geometrical CounterPoise (gCP) empirical correction to remove the BSSE

Composite methods for molecular crystals: HF-3c, PBEh-3c, HSE-3c and B97-3c

耦合微擾HF/KS方法
計算靜態極化率、介電張量、折射指數、雙折射、光軸；周期體系還可以施加鋸齒波有限場

直接法計算聲子色散譜；Berry相位法計算紅外強度
任意k點的聲子頻率采用直接計算超晶胞的Hessian矩陣的方法，并充分利用對稱性找到超晶胞原子組位移，大大減少了計算量。可以更精確計算熱力學性質。振動頻率可以與中子散射實驗譜比較。紅外強度計算新增了Berry相位法，這種方法比局域Wannier函數方法更節省計算量。

過渡態搜索
優化鞍點幾何結構，尋找分子、聚合物和晶體的過渡態結構。利用過渡態搜索功能可以研究周期體系中的原子結構關系，例如多相催化機理。

外加衡壓下的對晶格常數和原子位置進行幾何結構優化
同時實現了從對晶胞參數的解析梯度計算彈性張量、壓力、焓的方法。

自動計算晶體的彈性張量
全自動采用數值方法從解析梯度計算具有任意對稱性晶體的二階彈性系數。對每個施加的應力，內部坐標都重新進行優化。程序充分利用點群對稱性減少形變的數目。

自動計算能量(E)-體積(V)狀態方程

自動計算一系列指定體積的能量得到能量-體積（E-V）曲線關系，結果可以擬合為常見的狀態方程和多項式關系。

新增多種GGA泛函
PBEsol交換關聯泛函、Wu-Cohen 交換泛函、Zhao-Truhlar的SOGGA交換泛函；Wilson-Levy關聯泛函。

Grimme方法模擬色散力
方法使用London型半經驗校正Grimme方法計算總能量和梯度，因此可以用于總能量計算、幾何結構優化和振動頻率計算

從單層結構自動產生納米管
從二維或三維的層狀結構生成具有螺旋對稱性的納米管（最高到48階）。由于對稱性的充分利用，使用HF/DFT混合泛函和高質量的基組計算幾百個原子的體系消耗的計算量并不高。采用旋轉-平移對稱性處理高分子螺旋結構（最高到48階）。

新方法處理d、f軌道半充滿原子SCF過程的初始猜測
更好的控制初始猜測，使SCF過程收斂更容易。

新方法處理固溶體
通過產生一系列的二體替位模型，找到合理的構型并進行統計計算。改進處理電子動量密度分析和康普頓散射輪廓（Compton Profile）。

改進的大規模并行版本
MPPCrystal，內存分布式并行計算版本（計算效率測試如下圖）。

Crystal01