Le code Gibbs est destiné à calculer les propriétés à l’équilibre de fluides, de solides et de polymères par simulation moléculaire, en utilisant une méthode de Monte-Carlo dans des boîtes de simulation parallélépipédiques ou tricliniques. Ses principales possibilités sont les suivantes :
- calcul de propriétés monophasiques : ensembles statistiques NVT, NPT, μVT. Ces calculs peuvent se faire en imposant un champ extérieur défini par une grille de points, ce qui permet en particulier de simuler l’adsorption dans des solides cristallins microporeux de structure orthorhombique,
- calcul d’équilibres de phase diphasiques (L-V, L-L) ou multiphasiques (L-L-V,…), dans l’ensemble de Gibbs à volume global imposé ou à pression imposée.
- Calcul de la solubilité de fluides dans des polymères (ensemble osmotique)
- Calculs d’équilibre chimique, (ensemble ReMC)
- Calculs de tension interfaciale
- Calculs de pression de vapeur de mélanges de liquide dans l’ensemble Boiling Point
- Intégration thermodynamique
- Étude de la mobilité des cations dans les zéolithes.
Les fluides qu’il est possible de prendre en compte sont des corps purs ou des mélanges. Les molécules qu’on peut représenter sont les suivantes :
- molécules rigides
- alcanes flexibles linéaires, ramifiés et monocycliques
- molécules semi-flexibles possédant une partie rigide et une partie flexible (oléfines, acides carboxyliques, cétones, aldéhydes …)
Les formes suivantes d’énergie peuvent être prises en compte :
- énergie de dispersion-répulsion ; seule l’énergie d’interaction avec les centres situés en-deçà d’une distance spécifiée (cut-off) est calculée explicitement, et une correction à longue distance est appliquée au -delà. Plusieurs règles de mélange peuvent être prises en compte pour le calcul des termes croisés, ou bien ils peuvent être entrés directement,
- énergie électrostatique (charges électrostatiques ponctuelles et dipôles) ; deux méthodes numériques sont disponibles : troncature des interactions entre molécules séparées par une distance supérieure au cut-off ou sommation d’Ewald.
- énergie de polarisation (ou induction), c’est-à-dire l’action du champ électrique sur les centres de Lennard-Jones, considérés comme polarisables
- énergie de pliage et de torsion (propre et impropre).
Gibbs peut travailler indifféremment en mode UA (United Atom), AUA (Anisotropic United Atom) ou AA (All-Atom).
Afin de simuler les différents ensembles statistiques, les mouvements suivants sont implantés :
- translation,
- rotation,
- recroissance,
- rotation d’un centre autour de ses plus proches voisins (molécules flexibles),
- pivot (rotation d’une partie de la molécule autour d’un axe passant par un centre),
- reptation (molécules linéaires),
- changements de volume,
- transferts entre phases,
- insertions et destructions (dont insertions de Widom)
Des programmes de post-traitement permettent, à partir de fichiers générés au cours du calcul, de calculer certains propriétés.