Review of multicomponent molecular orbital method for direct treatment of nuclear quantum effect

International Journal of Quantum Chemistry

Volumn 109, Issue 12, 2009, Pages 2677-2694

  Ishimoto, Takayoshi ^a,b   Tachikawa, Masanori ^b,c   Nagashima, Umpei ^a,b  

^a NATIONAL INSTITUTE OF ADVANCED INDUSTRIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY AIST   (Japan)

^b JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY   (Japan)

^c YOKOHAMA CITY UNIVERSITY   (Japan)

Author keywords

FMO MC MO method; H D isotope effect; Multicomponent molecular orbital (MC MO) method; Nuclear quantum effect

Indexed keywords

BASIS FUNCTIONS; DIRECT TREATMENT; FMO-MC-MO METHOD; FRAGMENT MOLECULAR ORBITAL METHODS; H/D ISOTOPE EFFECT; HARTREE-FOCK LEVELS; ISOTOPE EFFECT; KINETIC ISOTOPE EFFECTS; LIGHT PARTICLES; MO CALCULATIONS; MO METHOD; MOLECULAR ORBITAL METHOD; MOLECULAR SYSTEMS; MULTICOMPONENT; MULTICOMPONENT MOLECULAR ORBITAL (MC-MO) METHOD; NUCLEAR QUANTUM EFFECT; NUCLEAR QUANTUM EFFECTS; QUANTUM EFFECTS;

CARRIER MOBILITY; DEUTERIUM; MOLECULAR MODELING; MOLECULAR ORBITALS; QUANTUM ELECTRONICS;

SEMICONDUCTOR COUNTERS;

EID: 67849085015     PISSN: 00207608     EISSN: 1097461X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/qua.22069     Document Type: Review

References (172)

1. Miyazaki T. Atom Tunneling Phenomena in Physics, Chemistry, and Biology; Springer-Verlag: Berlin, 2003.
2. Sokolov, N. D.; Vener, M. V.; Savel'ev, V. A. J Mol Struct 1990, 222, 365.
3. Melander, L.; Saunders, W. H. Reaction Rate of Isotopic Molecules; Wiley: New York, 1980.
4. Ubbelohde, A. R.; Gallagher, K. J. Acta Crystallogr 1995, 8, 71.
5. Dalal, N.; Klymachyov, A.; Bussmann-Holder, A. Phys Rev Lett 1998, 81, 5924.
6. Krantz, B. A.; Srivastava, A. K.; Nauli, S.; Baker, D.; Sauer, R. T.; Sosnick, T. R. Nature 2002, 9, 458.
7. Shi, Z.; Olson, C. A.; Kallenbach, N. R.; Sosnick, T. R. J Am Chem Soc 2002, 124, 13994.
8. Turowski, M.; Yamakawa, N.; Meller, J.; Kimata, K.; Ike-gami, T.; Hosoya, K.; Tanaka, N.; Thorntom, E. R. J Am Chem Soc 2003, 125, 13836.
9. Shafirovich, V.; Dourandin, A.; Geacintov, N. E. J Phys Chem B 2001, 105, 8431.
10. Vakonakis, I.; LiWang, A. C. J Am Chem Soc 2004, 126, 5688.
11. Wölk, J.; Strey, R. J Phys Chem B 2001, 105, 11683.
12. Mayer, M.; James, T. L. J Am Chem Soc 2002, 124, 13376.
13. Chellgren, B. W.; Creamer, T. P. J Am Chem Soc 2004, 126, 14734.
14. Sicinska, D.; Truhlar, D. G.; Paneth, P. J Am Chem Soc 2005, 127, 5414.
15. Pu, J.; Ma, S.; Gao, J.; Truhlar, D. G. J Phys Chem B 2005, 109, 8551.
16. Born, M.; Oppenheimer, R. Ann Phys (Leipzig) 1927, 84, 457.
17. Thomas, I. L. Phys Rev 1969, 185, 90.
18. Thomas, I. L. Chem Phys Lett 1969, 1, 705.
19. Thomas, I. L. Phys Rev A: At Mol Opt Phys 1970, 2, 1200.
20. Thomas, I. L. Phys Rev A: At Mol Opt Phys 1970, 3, 565.
21. Bishop, D. M. Mol Phys 1974, 28, 1397.
22. Bishop, D. M.; Cheung, L. M. Phys Rev A: At Mol Opt Phys 1977, 16, 640.
23. Pettite, B. A. Chem Phys Lett 1986, 130, 399.
24. Monkhorst, H. J. Phys Rev A: At Mol Opt Phys 1987, 36, 1544.
25. Kozlowski, P. M.; Adamowicz, L. J Chem Phys 1991, 95, 6681.
26. Kozlowski, P. M.; Adamowicz, L. J Chem Phys 1992, 96, 9013.
27. Kozlowski, P. M.; Adamowicz, L. J Chem Phys 1992, 97, 5063.
28. Kozlowski, P. M.; Adamowicz, L. Phys Rev A: At Mol Opt Phys 1993, 1903, 48.
29. Kozlowski, P. M.; Adamowicz, L. Chem Rev 2007, 1993, 93.
30. Kozlowski, P. M.; Adamowicz, L. Int J Quantum Chem 1995, 55, 245.
31. Kozlowski, P. M.; Adamowicz, L. Int J Quantum Chem 1995, 55, 367.
32. Kozlowski, P. M.; Adamowicz, L. J Phys Chem 1996, 100, 6266.
33. Kinghorn, D. B.; Adamowicz, L. Phys Rev Lett 1999, 83, 2541.
34. Kinghorn, D. B.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2000, 113, 4203.
35. Scheu, E.; Kinghorn, D. B.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2001, 114, 3393.
36. Cafiero, M.; Adamowicz, L. Phys Rev Lett 2002, 88, 033002.
37. Cafiero, M.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2002, 116, 5557.
38. Cafiero, M.; Adamowicz, L. Phys Rev Lett 2002, 89, 073001.
39. Cafiero, M.; Bubin, S.; Adamowicz, L. Phys Chem Chem Phys 2003, 5, 1491.
40. Bubin, S.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2003, 118, 3079.
41. Bubin, S.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2004, 121, 6249.
42. Bednarz, E.; Bubin, S.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2005, 122, 164302.
43. Cafiero, M.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2005, 122, 184305.
44. Pavanello, M.; Bubin, S.; Molski, M.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2005, 123, 104306.
45. Bubin, S.; Adamowicz, L.; Molski, M. J Chem Phys 2005, 123, 134310.
46. Kedziera, D.; Stanke, M.; Bubin, S.; Barysz, M.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2006, 125, 014318.
47. Bubin, S.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2006, 125, 064309.
48. Kedziera, D.; Stanke, M.; Bubin, S.; Barysz, M.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2006, 125, 084303.
49. Stanke, M.; Kedziera, D.; Bubin, S.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2007, 126, 194312.
50. Bubin, S.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2007, 126, 214305.
51. Stanke, M.; Kedziera, D.; Bubin, S.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2007, 127, 134107.
52. Stanke, M.; Kedziera, D.; Bubin, S.; Molski, M.; Adamowicz, L. Phys Rev A: At Mol Opt Phys 2007, 76, 052506.
53. Stanke, M.; Kedziera, D.; Bubin, S.; Adamowicz, L. Phys Rev A: At Mol Opt Phys 2007, 77, 022506.
54. Stanke, M.; Kedziera, D.; Bubin, S.; Molski, M.; Adamowicz, L. J Chem Phys 2008, 128, 114313.
55. Shigeta, Y.; Ozaki, Y.; Kodama, K.; Nagao, H.; Kawade, H.; Nishikawa, K. Int J Quantum Chem 1998, 69, 629.
56. Shigeta, Y.; Takahashi, H.; Yamanaka, S.; Mitani, M.; Na-gao, H.; Yamaguchi, K. Int J Quantum Chem 1998, 70, 659.
57. Shigeta, Y.; Nagao, H.; Nishikawa, K.; Yamaguchi, K. J Chem Phys 1999, 111, 6171.
58. Tachikawa, M.; Mori, K.; Nakai, H.; Iguchi, K. Chem Phys Lett 1998, 290, 437.
59. Tachikawa, M.; Mori, K.; Iguchi, K. Int J Quantum Chem 1998, 70, 491.
60. Tachikawa, M.; Mori, K.; Osamura, Y. Mol Phys 1999, 96, 1207.
61. Ishida, M.; Tachikawa, M.; Tokiwa, H.; Mori, K.; Ishii, A. Surf Sci 1999, 438, 47.
62. Tachikawa, M.; Osamura, Y. Theor Chem Acc 2000, 104, 29.
63. Tachikawa, M. Chem Phys Lett 2001, 350, 269.
64. Tachikawa, M. Chem Phys Lett 2002, 360, 494.
65. Tachikawa, M.; Ishimoto, T.; Tokiwa, H.; Kasatani, H.; Deguchi, K. Ferroelectrics 2002, 268, 3.
66. Tachikawa, M. Mol Phys 2002, 100, 881.
67. Tachikawa, M.; Buenker, R. J.; Kimura, M. J Chem Phys 2003, 119, 5005.
68. Tachikawa, M. J Mol Struct (Theochem) 2003, 630, 75.
69. Ishimoto, T.; Tachikawa, M.; Yamauchi, M.; Kitagawa, H.; Tokiwa, H.; Nagashima, U. Chem Phys Lett 2003, 372, 503.
70. Tachikawa, M.; Buenker, R. J.; Kimura, M. J Chem Phys 2004, 121, 9191.
71. Ishimoto, T.; Tachikawa, M.; Yamauchi, M.; Kitagawa, H.; Tokiwa, H.; Nagashima, U. J Phys Soc Jpn 2004, 73, 1775.
72. Udagawa, T.; Ishimoto, T.; Tokiwa, T.; Tachikawa, M.; Na-gashima, U. Chem Phys Lett 2004, 389, 236.
73. Ishimoto, T.; Tachikawa, M.; Tokiwa, H.; Nagashima, U. J Phys Soc Jpn 2005, 74, 3112.
74. Ishimoto, T.; Tachikawa, M.; Tokiwa, H.; Nagashima, U. Chem Phys 2005, 314, 231.
75. Shibl, F. M.; Tachikawa, M.; Kuhn, O. Phys Chem Chem Phys 2005, 7, 1368.
76. Ishimoto, T.; Tachikawa, M.; Nagashima, U. J Chem Phys 2006, 124, 014112.
77. Udagawa, T.; Ishimoto, T.; Tokiwa, H.; Tachikawa, M.; Nagashima, U. J Phys Chem A 2006, 110, 7279.
78. Ishimoto, T.; Tachikawa, M.; Nagashima, U. Int J Quantum Chem 2006, 106, 1465.
79. Ishimoto, T.; Tachikawa, M.; Nagashima, U. J Chem Phys 2006, 125, 144103.
80. Udagawa, T.; Tachikawa, M. J Chem Phys 2006, 125, 244105.
81. Itou Y.; Mori, S.; Udagawa, T.; Tachikawa, M.; Ishimoto, T.; Nagashima, U. J Phys Chem A 2007, 111, 261.
82. Tachikawa, M. J Phys: Condens Matter 2007, 19, 365235.
83. Ishimoto, T.; Tachikawa, M.; Nagashima, U. Int J Quantum Chem 2008, 108, 472.
84. Ishimoto, T.; Tachikawa, M.; Nagashima, U. J Chem Phys 2008, 128, 164118.
85. Kikuta Y.; Ishimoto, T.; Nagashima, U. Bull Chem Soc Jpn 2008, 81, 820.
86. Kikuta Y.; Ishimoto, T.; Nagashima, U. Chem Phys 2008, 354, 218.
87. Ishimoto, T.; Ishihara, Y.; Teramae, H.; Baba, M.; Na-gashima, U. J Chem Phys 2008, 128, 184309.
88. Ishimoto, T.; Ishihara, Y.; Teramae, H.; Baba, M.; Na-gashima, U. J Chem Phys 2008, 129, 214116.
89. Nakai, H. Int J Quantum Chem 2002, 86, 511.
90. Nakai, H.; Sodeyama, K. J Chem Phys 2003, 118, 1119.
91. Nakai, H.; Hoshino, M.; Miyamoto, K.; Hyodo, S. J Chem Phys 2005, 122, 164101.
92. Sodeyama, K.; Miyamoto, K.; Nakai, H. Chem Phys Lett 2006, 421, 72.
93. Hoshino, M.; Nakai, H. J Chem Phys 2006, 124, 194110.
94. Miyamoto, K.; Hoshino, M.; Nakai, H. J Chem Theory Comput 2006, 2, 1544.
95. Sodeyama, K.; Nishizawa, H.; Hoshino, M.; Kobayashi, M.; Nakai, H. Chem Phys Lett 2007, 433, 409.
96. Hoshino, M.; Tsukamoto, Y.; Nakai, H. Int J Quantum Chem 2007, 107, 2575.
97. Nakai, H.; Ikabata, Y.; Tsukamoto, Y.; Imamura, Y.; Miyamoto, K.; Hoshino, M. Mol Phys 2007, 105, 2649.
98. Imamura, Y.; Kiryu, H.; Nakai, H. J Comput Chem 2008, 29, 735.
99. Webb, S.; Iordanov, T.; Hammes-Schiffer, S. J Chem Phys 2002, 117, 4106.
100. Iordanov, T.; Hammes-Schiffer, S. J Chem Phys 2003, 118, 9489.
101. Pak, M. V.; Hammes-Schiffer, S. Phys Rev Lett 2004, 92, 103002.
102. Pak, M. V.; Swalina, C.; Webb, S. P.; Hammes-Schiffer, S. Chem Phys 2004, 304, 227.
103. Swalina, C.; Pak, M. V.; Hammes-Schiffer, S. Chem Phys Lett 2005, 394, 404.
104. Swalina, C.; Pak, M. V.; Hammes-Schiffer, S. J Chem Phys 2005, 123, 014303.
105. Reyes, A.; Pak, M. V.; Hammes-Schiffer, S. J Chem Phys 2005, 123, 064104.
106. Skone, J. H.; Pak, M. V.; Hammes-Schiffer, S. J Chem Phys 2005, 123, 134108.
107. Swalina, C.; Hammes-Schiffer, S. J Phys Chem A 2005, 109, 10410.
108. Swalina, C.; Pak, M. V.; Chakraborty, A.; Hammes-Schiffer, S. J Phys Chem A 2006, 110, 9983.
109. Ohta, Y.; Soudackov, V.; Hammes-Schiffer, S. J Phys Chem B 2006, 110, 19704.
110. Kumarasiri, M.; Swalina, C.; Hammes-Schiffer, S. J Phys Chem B 2007, 111, 4653.
111. Swalina, C.; Wang, Q.; Chakraborty, A.; Hammes-Schiffer, S. J Phys Chem A 2007, 111, 2206.
112. Pak, M. V.; Chakraborty, A.; Hammes-Schiffer, S. J Phys Chem A 2007, 111, 4522.
113. Adamson, P. E.; Duan, X. F.; Burggraf, L. W.; Pak, M. V.; Swalina, C.; Hammes-Schiffer, S. J Phys Chem A 2008, 112, 1346.
114. Chakraborty, A,; Pak, M. V.; Hammes-Schiffer, S. J Chem Phys 2008, 129, 014101.
115. Chakraborty, A.; Pak, M. V.; Hammes-Schiffer, S. Phys Rev Lett 2008, 101, 153001.
116. González, S. A.; Aguirre, N. F.; Reyes, A. Int J Quantum Chem 2008, 108, 1742.
117. White, C. A.; Head-Gordon, M. J Chem Phys 1994, 101, 6593.
118. White, C. A.; Johnson, B. G.; Gill, P. M. W.; Head-Gordon, M. Chem Phys Lett 1996, 253, 268.
119. Ochsenfield, C.; White, C. A.; Head-Gordon, M. J Chem Phys 1998, 109, 1663.
120. Strout, D. L. J Chem Phys 1995, 102, 8448.
121. Schwegler, E.; Challacombe, M. J Chem Phys 1996, 105, 2726.
122. Strain, M. C.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. Science 1996, 271, 51.
123. Scuseria, G. E. J Phys Chem A 1999, 103, 4782.
124. Sato, F.; Yoshihiro, T.; Era, M.; Kashiwagi, H. Chem Phys Lett 2001, 341, 645.
125. Kashiwagi, H.; Iwai, H.; Tokieda, K.; Era, M.; Sumita, T.; Yoshihiro, T.; Sato, F. Mol Phys 2003, 101, 81.
126. Inaba, T.; Tahara, S.; Nishikawa, N.; Kashiwagi, H.; Sato, F. J Comput Chem 2005, 26, 987.
127. Inaba, T.; Tsunekawa, N.; Hirano, T.; Yoshihiro, T.; Kashi-wagi, H.; Sato, F. Chem Phys Lett 2007, 464, 331.
128. Nishino-Uemura, N.; Hirano, T.; Sato, F. J Chem Phys 2007, 127, 184106.
129. Svensson, M.; Humbel, S.; Froese, R. D. J.; Matsubara, T.; Sieber, S.; Morokuma, K. J Phys Chem 1996, 100, 19357.
130. Humbel, S.; Sieber, S.; Morokuma, K. J Chem Phys 1959, 1996, 105.
131. Dapprich, S.; Komaromi, I.; Byun, K. S.; Morokuma, K.; Frisch, M. J. J Mol Struct (Theochem) 1999, 462, 1.
132. Vreven, T.; Morokuma, K. J Comput Chem 2000, 21, 1419.
133. Vreven, T.; Mennucci, B.; da Silva, C. O.; Morokuma, K.; Tomasi, J. J Chem Phys 2001, 115, 62.
134. Vreven, T.; Morokuma, K. Theor Chem Acc 2003, 109, 125.
135. Vreven, T.; Morokuma, K.; Farkas, O.; Schlegel, H. B.; Frisch, M. J. J Comput Chem 2003, 24, 760.
136. Hopkins, B. W.; Tschumper, G. S. J Comput Chem 2003, 24, 1563.
137. Rega, N.; Iyengar, S. S.; Voth, G. A.; Schlegel, H. B.; Vreven, T.; Frisch, M. J. J Phys Chem B 2004, 108, 4210.
138. Vreven, T.; Byun, K. S.; Komaromi, I.; Dapprish, S.; Montgomery, J. A.; Morokuma, K.; Frisch, M. J. J Chem Theory Comput 2006, 2, 815.
139. Zhang, D. W.; Zhang, J. Z. H. J Chem Phys 2003, 119, 3599.
140. Zhang, D. W.; Chen, X. H.; Zhang, J. Z. H. J Comput Chem 2003, 24, 1846.
141. Chen, X. H.; Zhang, D. W.; Zhang, J. Z. H. J Chem Phys 2004, 120, 839.
142. Zhang, D. W.; Xiang, Y.; Gao, A. M.; Zhang, J. Z. J Chem Phys 2004, 120, 1145.
143. Chen, X. H.; Zhang, J. Z. J Chem Phys 2004, 120, 11386.
144. Xiang, Y.; Zhang, D. W.; Zhang, J. Z. J Comput Chem 2004, 25, 1431.
145. Mei, Y.; He, X.; Xiang, Y.; Zhang, D. W. Proteins 2005, 59, 489.
146. He, X.; Mei, Y.; Xiang, Y.; Zhang, J. Z. H. Proteins 2005, 61, 423.
147. Mei, Y.; Zhang, J. Z. H. J Phys Chem A 2005, 109, 2.
148. Mei, Y.; Ji, C.; Zhang, J. Z. H. J Chem Phys 2006, 125, 094906.
149. Yang, W. Phys Rev Lett 1991, 66, 1438.
150. Yang, W.; Lee, T.-S. J Chem Phys 1995, 103, 5674.
151. Kobayashi, M.; Akama, T.; Nakai, H. J Chem Phys 2006, 125, 204106.
152. Akama, T.; Kobayashi, M.; Nakai, H. J Comput Chem 2003, 2007, 28.
153. Kobayashi, M.; Imamura, Y.; Nakai, H. J Chem Phys 2007, 127, 074103.
154. Akama, T.; Fujii, A.; Kobayashi, M.; Nakai, H. Mol Phys 2007, 105, 2799.
155. Kobayashi, M.; Nakai, H. J Chem Phys 2008, 129, 044103.
156. Kitaura, K.; Ikeo, E.; Asada, T.; Nakano, T.; Uebayasi, M. Chem Phys Lett 1999, 313, 701.
157. Nakano, T.; Kaminuma, T.; Sato, T.; Akiyama, Y.; Uebayasi, M.; Kitaura, K. Chem Phys Lett 2000, 318, 614.
158. Kitaura, K.; Sugiki, S.; Nakano, T.; Komeiji, Y.; Uebayasi, M. Chem Phys Lett 2001, 336, 163.
159. Nakano, T.; Kaminuma, T.; Sato, T.; Fukuzawa, K.; Akiyama, Y.; Uebayasi, M.; Kitaura, K. Chem Phys Lett 2002, 351, 475.
160. Inadomi, Y.; Nakano, T.; Kitaura, K.; Nagashima, U. Chem Phys Lett 2002, 364, 139.
161. Fedorov, D. G.; Olson, R. M.; Kitaura, K.; Gordon, M. S.; Koseki, S. J Comput Chem 2004, 25, 872.
162. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J Chem Phys 2004, 120, 6832.
163. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J Chem Phys 2004, 121, 2483.
164. Mochizuki, Y.; Nakano, T.; Koikegami, S.; Tanimori, S.; Abe, Y.; Nagashima, U.; Kitaura, K. Theor Chem Acc 2004, 112, 442.
165. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J Chem Phys 2005, 122, 054108.
166. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J Chem Phys 2005, 123, 134103.
167. Fedorov, D. G.; Kitaura, K.; Li, H.; Jensen, J. H.; Gordon, M. S. J Comput Chem 2006, 27, 976.
168. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. In Modern Methods for Theoretical Physical Chemistry of Biopolymers; Starikov, E. B.; Lewis, J. P.; Tanaka, S., Eds.; Elsevier: Amsterdam, 2006; p 3.
169. Fukuzawa, K.; Mochizuki, Y.; Tanaka, S.; Kitaura, K.; Na-kano, T. J Phys Chem B 2006, 110, 16102.
170. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J Phys Chem A 2007, 111, 6904.
171. Chiba, M.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J Chem Phys 2007, 127, 104108.
172. Fedorov, D. G.; Jensen, J. H.; Deka, R. C.; Kitaura, K. J Phys Chem A 2008, 112, 11808.