Ab initio van der Waals interactions in simulations of water alter structure from mainly tetrahedral to high-density-like

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 115, Issue 48, 2011, Pages 14149-14160

  Møgelhøj, Andreas ^a,b   Kelkkanen, André K ^a   Wikfeldt, K Thor ^c   Schiøtz, Jakob ^a   Mortensen, Jens Jørgen ^a   Pettersson, Lars G M ^c   Lundqvist, Bengt I ^a,d   Jacobsen, Karsten W ^a   Nilsson, Anders ^b   Nørskov, Jens K ^a,b,e  

^a TECHNICAL UNIVERSITY OF DENMARK   (Denmark)

^b SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

^c STOCKHOLM UNIVERSITY   (Sweden)

^d CHALMERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Sweden)

^e Stanford University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANGULAR DISTRIBUTION; EXPERIMENTS; HYDROGEN BONDS; LIQUIDS; MOLECULAR DYNAMICS; OXYGEN; VAN DER WAALS FORCES;

AB INITIO; AB INITIO MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; AMBIENT CONDITIONS; AMBIENT WATERS; EXCHANGE-CORRELATION FUNCTIONALS; FUNCTIONALS; HIGH DENSITY WATER; HYDRATION SHELL; INTERACTION ENERGIES; LINEAR COMBINATIONS; LOW-DENSITY LIQUID; MICROSCOPIC STRUCTURES; NONLOCAL CORRELATIONS; PAIR CORRELATION FUNCTIONS; SIMULATION PROTOCOLS; STRUCTURE OF LIQUIDS; SUPERCOOLED WATER; VAN DER WAALS; VAN DER WAALS INTERACTIONS;

DENSITY FUNCTIONAL THEORY;

EID: 82555186139     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp2040345     Document Type: Article

References (136)

1. Soper, A. K. and Ricci, M. A. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 2881
2. Myneni, S.; Luo, Y.; Näslund, L. Å.; Cavalleri, M.; Ojamäe, L.; Ogasawara, H.; Pelmenschikov, A.; Wernet, P.; Väterlein, P.; Heske, C.; Hussain, Z.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. J. Phys.: Condens. Matter 2002, 14, L213
3. Wernet, P.; Nordlund, D.; Bergmann, U.; Cavalleri, M.; Odelius, M.; Ogasawara, H.; Näslund, L. Å.; Hirsch, T. K.; Ojamäe, L.; Glatzel, P.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. Science 2004, 304, 995
4. Smith, J. D.; Cappa, C. D.; Wilson, K. R.; Messer, B. M.; Cohen, R. C.; Saykally, R. J. Science 2004, 306, 851
5. Nilsson, A.; Wernet, P.; Nordlund, D.; Bergmann, U.; Cavalleri, M.; Odelius, M.; Ogasawara, H.; Näslund, L. Å.; Hirsch, T. K.; Ojamäe, L.; Glatzel, P.; Pettersson, L. G. M. Science 2005, 308, 793a
6. Hetényi, B.; Angelis, F. D.; Giannozzi, P.; Car, R. J. Chem. Phys. 2004, 120, 8632
7. Cavalleri, M.; Nordlund, D.; Odelius, M.; Nilsson, A.; Pettersson, L. G. M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005, 7, 2854
8. Kennedy, D.; Norman, C. Science 2005, 309, 75
9. Odelius, M.; Cavalleri, M.; Nilsson, A.; Pettersson, L. G. M. Phys. Rev. B 2006, 73, 024205
10. Prendergast, D.; Galli, G. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 215502
11. Lee, H. S.; Tuckerman, M. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 154507
12. Leetmaa, M.; Wikfeldt, K. T.; Ljungberg, M. P.; Odelius, M.; Swenson, J.; Nilsson, A.; Pettersson, L. G. M. J. Chem. Phys. 2008, 129, 084502
13. Fuchs, O.; Zharnikov, M.; Weinhardt, L.; Blum, M.; Weigand, M.; Zubavichus, Y.; Bär, M.; Maier, F.; Denlinger, J. D.; Heske, C.; Grunze, M.; Umbach, E. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 27801
14. Tokushima, T.; Harada, Y.; Takahashi, O.; Senba, Y.; Ohashi, H.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A.; Shin, S. Chem. Phys. Lett. 2008, 460, 387
15. Pettersson, L. G. M.; Tokushima, T.; Harada, Y.; Takahashi, O.; Shin, S.; Nilsson, A. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 249801
16. Wikfeldt, K. T.; Leetmaa, M.; Ljungberg, M. P.; Nilsson, A.; Pettersson, L. G. M. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 6246
17. Huang, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 15214
18. Mallamace, F.; Broccio, M.; Corsaro, C.; Faraone, A.; Majolino, D.; Venuti, V.; Liu, L.; Mou, C. Y.; Chen, S. H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 424
19. Odelius, M. Phys. Rev. B 2009, 79, 144204
20. Soper, A. K.; Teixeira, J.; Head-Gordon, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, E44
21. Huang, C. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, E45
22. Chen, W.; Wu, X.; Car, R. Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 017802
23. Clark, G. N. I.; Hura, G. L.; Teixeira, J.; Soper, A. K.; Head-Gordon, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 14002
24. Clark, G. N. I.; Cappa, C. D.; Smith, J. D.; Saykally, R. J.; Head-Gordon, T. Mol. Phys. 2010, 108, 1415
25. Soper, A. K. Pure Appl. Chem. 2010, 82, 1855
26. Tokushima, T.; Harada, Y.; Horikawa, Y.; Takahashi, O.; Senba, Y.; Ohashi, H.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A.; Shin, S. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2010, 177, 192
27. Nilsson, A.; Nordlund, D.; Waluyo, I.; Huang, N.; Ogasawara, H.; Kaya, S.; Bergmann, U.; Näslund, L. Å.; Öström, H.; Wernet, P.; Andersson, K.; Schiros, T.; Pettersson, L. G. M. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2010, 177, 99
28. Leetmaa, M.; Ljungberg, M. P.; Lyubartsev, A.; Nilsson, A.; Pettersson, L. G. M. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2010, 177, 135
29. Soper, A. K. J. Phys.: Condens. Matter 2005, 17, S3271
30. Wikfeldt, K. T.; Leetmaa, M.; Mace, A.; Nilsson, A.; Pettersson, L. G. M. J. Chem. Phys. 2010, 132, 104513
31. Huang, C.; Weiss, T. M.; Nordlund, D.; Wikfeldt, K. T.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. J. Chem. Phys. 2010, 133, 134504
32. Wikfeldt, K. T.; Huang, C.; Nilsson, A.; Pettersson, L. G. M. J. Chem. Phys. 2011, 134, 214506
33. Huang, C.; Wikfeldt, K. T.; Nordlund, D.; Bergmann, U.; McQueen, T.; Sellberg, J.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. Submitted for publication. http://arxiv.org/abs/1107.4795
34. Lishchuk, S. V.; Malomuzh, N. P.; Makhlaichuk, P. V. Phys. Lett. A 2010, 374, 2084
35. Debenedetti, P. G. J. Phys.: Condens. Matter 2003, 15, R1669
36. Stanley, H. E.; Buldyrev, S. V.; Franzese, G.; Kumar, P.; Mallamace, F.; Mazza, M. G.; Stokely, K.; Xu, L. J. Phys.: Condens. Matter 2010, 22, 284101
37. Angell, C. A.; Sichina, W. J.; Oguni, M. J. Phys. Chem. 1982, 86, 998
38. Mallamace, F. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106, 15097
39. Speedy, R. J. J. Phys. Chem. 1982, 86, 3002
40. Stanley, H. E.; Teixeira, J. J. Chem. Phys. 1980, 73, 3404
41. Poole, P. H.; Sciortino, F.; Essmann, U.; Stanley, H. E. Nature 1992, 360, 324
42. Stokely, K.; Mazza, M. G.; Stanley, H. E.; Franzese, G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010, 107, 1301
43. Speedy, R. J.; Angell, C. A. J. Chem. Phys. 1976, 65, 851
44. Mishima, O.; Stanley, H. E. Nature 1998, 396, 329
45. Poole, P. H.; Sciortino, F.; Grande, T.; Stanley, H. E.; Angell, C. A. Phys. Rev. Lett. 1994, 73, 1632
46. Borick, S. S.; Debenedetti, P. G.; Sastry, S. J. Phys. Chem. 1995, 99, 3781
47. Brovchenko, I.; Oleinikova, A. J. Chem. Phys. 2006, 124, 164505
48. Soper, A. K.; Ricci, M. A. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 2881
49. Sastry, S.; Debenedetti, P. G.; Sciortino, F.; Stanley, H. E. Phys. Rev. E 1996, 53, 6144
50. Angell, C. A. Science 2008, 319, 582
51. Speedy, R. J. J. Phys. Chem. 1982, 86, 982
52. Car, R.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471
53. Molinero, V.; Moore, E. B. J. Phys. Chem. B 2008, 113, 4008
54. Soper, A. K. J. Phys.: Condens. Matter 2007, 19, 335206
55. Fu, L.; Bienenstock, A.; Brennan, S. J. Chem. Phys. 2009, 131, 234702
56. Neuefeind, J.; Benmore, C. J.; Weber, J.; Paschek, D. Mol. Phys. 2011, 109, 279
57. Moore, E. B.; Molinero, V. J. Chem. Phys. 2009, 130, 244505
58. Soper, A. K. Chem. Phys. 2000, 258, 121
59. Hura, G.; Sorenson, J. M.; Glaeser, R. M.; Head-Gordon, T. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9140
60. Paschek, D.; Rüppert, A.; Geiger, A. Chem. Phys. Chem. 2008, 9, 2737
61. Abascal, J. L. F.; Vega, C. J. Chem. Phys. 2010, 133, 234502
62. Brovchenko, I.; Geiger, A.; Oleinikova, A. J. Chem. Phys. 2005, 123, 044515
63. Lee, C. T.; Yang, W. T.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785
64. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865
65. Grossman, J. C.; Schwegler, E.; Draeger, E. W.; Gygi, F.; Galli, G. J. Chem. Phys. 2004, 120, 300
66. VandeVondele, J.; Mohamed, F.; Krack, M.; Hutter, J.; Sprik, M.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2005, 122, 014515
67. Todorova, T.; Seitsonen, A. P.; Hutter, J.; Kuo, I. F. W.; Mundy, C. J. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3685
68. Yoo, S.; Zeng, X. C.; Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 2009, 130, 221102
69. Yoo, S.; Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 2011, 134, 121105
70. Ireta, J.; Neugebauer, J.; Scheffler, M. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 5692
71. Santra, B.; Michaelides, A.; Fuchs, M.; Tkatchenko, A.; Filippi, C.; Scheffler, M. J. Chem. Phys. 2008, 129, 194111
72. Cho, C. H.; Singh, S.; Robinson, G. W. J. Chem. Phys. 1997, 107, 7979
73. Schmid, R. Monatsh. Chem. 2001, 132, 1295
74. Michaelides, A. Private communication.
75. Kristyan, S.; Pulay, P. Chem. Phys. Lett. 1994, 229, 175
76. Lynden-Bell, R. M.; Debenedetti, P. G. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 6527
77. Lin, I. C.; Seitsonen, A. P.; Coutinho-Neto, M. D.; Tavernelli, I.; Rothlisberger, U. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 1127
78. Gianturco, F. A.; Paesani, F.; Laranjeira, M. F.; Vassilenko, V.; Cunha, M. A. J. Chem. Phys. 1999, 110, 7832
79. Grimme, S. J. Comput. Chem. 2004, 25, 1463
80. Williams, R. W.; Malhotra, D. Chem. Phys. 2006, 327, 54
81. Schmidt, J.; VandeVondele, J.; Kuo, I. F. W.; Sebastiani, D.; Siepmann, J. I.; Hutter, J.; Mundy, C. J. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 11959
82. Dion, M.; Rydberg, H.; Schröder, E.; Langreth, D. C.; Lundqvist, B. I. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 246401
83. Wang, J.; Roman-Perez, G.; Soler, J. M.; Artacho, E.; Fernandez-Serra, M. V. J. Chem. Phys. 2011, 134, 024516
84. Kelkkanen, A. K.; Lundqvist, B. I.; Norskov, J. K. J. Chem. Phys. 2009, 131, 046102
85. Gulans, A.; Puska, M. J.; Nieminen, R. M. Phys. Rev. B 2009, 79, 201105
86. Langreth, D. C. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 084203
87. Puzder, A.; Dion, M.; Langreth, D. C. J. Chem. Phys. 2006, 124
88. Murray, E. D.; Lee, K.; Langreth, D. C. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2754
89. Perdew, J. P.; Yue, W. Phys. Rev. B 1986, 33, 8800
90. Klimes, J.; Bowler, D. R.; Michaelides, A. J. Phys.: Condens. Matter 2010, 22, 022201
91. Cooper, V. R. Phys. Rev. B 2010, 81, 161104
92. Wellendorff, J.; Møgelhøj, A.; Petzvold, V.; Bligaard, T.; Jacobsen, K. W. To be submitted.
93. Lee, K.; Murray, E. D.; Kong, L.; Lundqvist, B. I.; Langreth, D. C. Phys. Rev. B 2010, 82, 081101
94. Roman-Perez, G.; Soler, J. M. Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 096102
95. Zhang, Y. K.; Yang, W. T. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 890
96. Jurecka, P.; Sponer, J.; Cerny, J.; Hobza, P. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 1985
97. Wang, Y.; Perdew, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter 1986, 33, 8800(R)
98. Molnar, L. F.; He, X.; Wang, B.; Merz, K. M. J. Chem. Phys. 2009, 131, 065102
99. Takatani, T.; Hohenstein, E. G.; Malagoli, M.; Marshall, M. S.; Sherrill, C. D. J. Chem. Phys. 2010, 132, 144104
100. Enkovaara, J. J. Phys.: Condens. Matter 2010, 22, 253202
101. Mortensen, J. J.; Hansen, L. B.; Jacobsen, K. W. Phys. Rev. B 2005, 71, 035109
102. Curtiss, L. A.; Raghavachari, K.; Redfern, P. C.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1997, 106, 1063
103. Leung, K.; Rempe, S. B. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 2153
104. Sorenson, J. M.; Hura, G.; Glaeser, R. M.; Head-Gordon, T. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9149
105. Head-Gordon, T.; Hura, G. Chem. Rev. 2002, 102, 2651
106. McGreevy, R. L.; Pusztai, L. Mol. Simul. 1988, 1, 359
107. Jedlovszky, P.; Bako, I.; Palinkas, G.; Radnai, T.; Soper, A. K. J. Chem. Phys. 1996, 105, 245
108. Pusztai, L. Phys. Rev. B 1999, 60, 11851
109. Paesani, F.; Iuchi, S.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2007, 127, 074506
110. Eaves, J. D.; Loparo, J. J.; Fecko, C. J.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A.; Geissler, P. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 13019
111. Chau, P. L.; Hardwick, A. J. Mol. Phys. 1998, 93, 511
112. Errington, J. R.; Debenedetti, P. G. Nature 2001, 409, 318
113. Ruocco, G.; Sampoli, M.; Vallauri, R. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6167
114. Soper, A.; Benmore, C. J. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 065502
115. Yokoyama, H.; Kannami, M.; Kanno, H. Chem. Phys. Lett. 2008, 463, 99
116. Abascal, J. L. F.; Vega, C. J. Chem. Phys. 2005, 123, 234505
117. Shiratani, E.; Sasai, M. J. Chem. Phys. 1996, 104, 7671
118. Shiratani, E.; Sasai, M. J. Chem. Phys. 1998, 108, 3264
119. Accordino, S. R.; Friz, J. A. R.; Sciortino, F.; Appignanesi, G. A. Eur. Phys. J. E 2011, 34, 48
120. Wikfeldt, K. T.; Nilsson, A.; Pettersson, L. G. M. Submitted for publication. arXiv:1106.5038v1
121. Okhulkov, A. V.; Demianets, Y. N.; Gorbaty, Y. E. J. Chem. Phys. 1994, 100, 1578
122. Finney, J. L.; Bowron, D. T.; Soper, A. K.; Loerting, T.; Mayer, E.; Hallbrucker, A. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 20553
123. Koza, M. M.; Geil, B.; Winkel, K.; Kähler, C.; Czeschka, F.; Scheuermann, M.; Schober, H.; Hansen, T. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 125506
124. Koza, M. M.; Hansen, T.; May, R. P.; Schober, H. J. Non-Cryst. Solids 2006, 352, 4988
125. Schober, H.; Koza, M.; Tölle, A.; Fujara, F.; Angell, C. A.; Böhmer, R. Physica B 1998, 241, 897
126. Tulk, C. A.; Benmore, C. J.; Utquidi, J.; Klug, D. D.; Neuefeind, J.; Tomberli, B.; Egelstaff, P. A. Science 2002, 297, 1320
127. Venkatesh, C. G.; Rice, S. A.; Narten, A. H. Science 1974, 186, 927
128. Huang, C.; Weiss, T. M.; Nordlund, D.; Wikfeldt, K. T.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. J. Chem. Phys. 2010, 133, 134504
129. Narten, A. H.; Levy, H. A. J. Chem. Phys. 2003, 55, 1971
130. Narten, A. H. Oak Ridge Natl. Lab., [Rep.] ORNL (U. S.) 1970, 55, 4578
131. Hura, G.; Russo, D.; Glaeser, R. M.; Head-Gordon, T.; Krack, M.; Parrinello, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5:10, 1981
132. Kumar, P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 12955
133. Xu, L.; Mallamace, F.; Yan, Z.; Starr, F. W.; Buldyrev, S. V.; Stanley, H. E. Nat. Phys. 2009, 5, 565
134. Fanourgakis, G. S.; Schenter, G. K.; Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 2006, 125, 141102
135. Walker, B.; Michaelides, A. J. Chem. Phys. 2010, 133, 174306
136. Kaya, S.; Yamamoto, S.; Huang, N.; Newberg, J. T.; Bluhm, H.; Pettersson, L. G. M.; Ogasawara, H.; Nilsson, A. Submitted for publicaton.