Methods for computing accurate atomic spin moments for collinear and noncollinear magnetism in periodic and nonperiodic materials

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 7, Issue 12, 2011, Pages 4146-4164

  Manz, Thomas A ^a   Sholl, David S ^a  

^a Georgia Institute of Technology   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 83455236931     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct200539n     Document Type: Article

References (125)

1. Back, C. H.; Wursch, C.; Vaterlaus, A.; Ramsperger, U.; Maier, U.; Pescia, D. Nature 1995, 378, 597-600
2. Rosenbaum, T. F.; Silevitch, D. M.; Bitko, D.; Brooke, J.; Ghosh, S.; Aeppli, G. Nature 2007, 448, 567-570
3. Zhang, W. M.; Saslow, W. M.; Gabay, M.; Benakli, M. Phys. Rev. B 1993, 48, 10204-10216
4. Bader, R. F. W. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 7966-7972
5. Bader, R. F. W.; Macdougall, P. J.; Lau, C. D. H. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 1594-1605
6. Hirshfeld, F. L. Theor. Chim. Acta 1977, 44, 129-138
7. Reed, A. E.; Weinstock, R. B.; Weinhold, F. J. Chem. Phys. 1985, 83, 735-746
8. Philips, J. J.; Hudspeth, M. A.; Browne, P. M.; Peralta, J. E. Chem. Phys. Lett. 2010, 495, 146-150
9. Macdougall, P. J.; Bader, R. F. W. Can. J. Chem. 1986, 64, 1496-1508
10. Mulliken, R. S. J. Chem. Phys. 1955, 23, 1833-1840
11. Kresse, G.; Marsman, M.; Furthmüller, J. VASP the Guide; Universitat Wien: Vienna, Austria, 2011. http://cms.mpi.univie.ac.at/vasp/vasp/vasp.html (accessed July 26, 2011).
12. Bultinck, P.; Van Alsenoy, C.; Ayers, P. W.; Carbo-Dorca, R. J. Chem. Phys. 2007, 126, 144111
13. Davidson, E. R.; Chakravorty, S. Theor. Chim. Acta 1992, 83, 319-330
14. Manz, T. A.; Sholl, D. S. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 2455-2468
15. Montgomery, J. A.; Frisch, M. J.; Ochterski, J. W.; Petersson, G. A. J. Chem. Phys. 2000, 112, 6532-6542
16. Watanabe, T.; Manz, T. A.; Sholl, D. S. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 4824-4836
17. Kim, H. W.; Jung, J.; Han, M. N.; Lim, S.; Tamada, K.; Hara, M.; Kawa, M.; Kim, Y.; Kuk, Y. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9236-9238
18. Dirac, P. A. M. Proc. R. Soc., London A 1928, 118, 351-361
19. Dirac, P. A. M. Proc. R. Soc., London A 1928, 117, 610-624
20. Foldy, L. L.; Wouthuysen, S. A. Phys. Rev. 1950, 78, 345-345
21. Szabo, A.; Ostlund, N. S. Modern Quantum Chemistry; Dover: Mineola, NY, 1996; pp 97-107.
22. Peralta, J. E.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. Phys. Rev. B 2007, 75, 125119
23. van Lenthe, E.; Snijders, J. G.; Baerends, E. J. J. Chem. Phys. 1996, 105, 6505-6516
24. Closs, G. L.; Forbes, M. D. E.; Piotrowiak, P. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 3285-3294
25. Gidopoulos, N. I. Phys. Rev. B 2007, 75, 134408
26. Ivanovic, I. D. J. Phys. A 1993, 26, L579-L582
27. Wittbrodt, J. M.; Schlegel, H. B. J. Chem. Phys. 1996, 105, 6574-6577
28. Cohen, A. J.; Tozer, D. J.; Handy, N. C. J. Chem. Phys. 2007, 126, 214104
29. Nakatsuji, S.; Machida, Y.; Onoda, S.; Tayama, T.; Sakakibara, T. Nature 2010, 463, 210-213
30. Evans, P. G.; Isaacs, E. D.; Aeppli, G.; Cai, Z.; Lai, B. Science 2002, 295, 1042-1045
31. Gingras, M. J. P.; Bramwell, S. T. Science 2001, 294, 1495-1501
32. Lee, S. H.; Broholm, C.; Ratcliff, W.; Gasparovic, G.; Huang, Q.; Kim, T. H.; Cheong, S. W. Nature 2002, 418, 856-858
33. Shpyrko, O. G.; Isaacs, E. D.; Logan, J. M.; Feng, Y. J.; Aeppli, G.; Jaramillo, R.; Kim, H. C.; Rosenbaum, T. F.; Zschack, P.; Sprung, M.; Narayanan, S.; Sandy, A. R. Nature 2007, 447, 68-71
34. Perdew, J. P.; Ruzsinszky, A.; Constantin, L. A.; Sun, J. W.; Csonka, G. I. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 902-908
35. Barth, U. V.; Hedin, L. J. Phys. C 1972, 5, 1629-1642
36. Pople, J. A.; Gill, P. M. W.; Handy, N. C. Int. J. Quantum Chem. 1995, 56, 303-305
37. Grafenstein, J.; Kraka, E.; Cremer, D. Chem. Phys. Lett. 1998, 288, 593-602
38. Grafenstein, J.; Kraka, E.; Filatov, M.; Cremer, D. Int. J. Mol. Sci. 2002, 3, 360-394
39. Perdew, J. P.; Savin, A.; Burke, K. Phys. Rev. A 1995, 51, 4531-4541
40. Caballol, R.; Castell, O.; Illas, F.; Moreira, P. R.; Malrieu, J. P. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 7860-7866
41. Grimme, S.; Waletzke, M. J. Chem. Phys. 1999, 111, 5645-5655
42. Ullrich, C. A.; Kohn, W. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 093001
43. van Leeuwen, R. Adv. Quantum Chem. 2003, 43, 25-94
44. Dreizler, R. M.; Gross, E. K. U. Density Functional Theory; Springer: Berlin, 1990; pp 54-61.
45. Nakatsuji, H. Chem. Phys. Lett. 1979, 67, 329-333
46. Nakatsuji, H.; Hirao, K. J. Chem. Phys. 1978, 68, 2053-2065
47. Ehara, M.; Kuramoto, K.; Nakatsuji, H. Chem. Phys. 2009, 356, 195-198
48. Geertsen, J.; Rittby, M.; Bartlett, R. J. Chem. Phys. Lett. 1989, 164, 57-62
49. Evangelista, F. A. J. Chem. Phys. 2011, 134, 224102
50. Ruiz, E.; Cirera, J.; Alvarez, S. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 2649-2660
51. Lillestolen, T. C.; Wheatley, R. J. Chem. Commun. 2008, 5909-5911
52. Good, R. H.; Nelson, T. J. Classical Theory of Electric and Magnetic Fields; Academic Press: New York, 1971, pp 219-220, 465-466.
53. Panofsky, W. K. H.; Phillips, M. Classical Electricity and Magnetism; Addison-Wesley: Reading, MA, 1962; pp 130-133.
54. Campana, C.; Mussard, B.; Woo, T. K. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2866-2878
55. Capelle, K.; Vignale, G.; Gyorffy, B. L. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 206403
56. Sharma, S.; Dewhurst, J. K.; Ambrosch-Draxl, C.; Kurth, S.; Helbig, N.; Pittalis, S.; Shallcross, S.; Nordstrom, L.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 196405
57. Hobbs, D.; Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B 2000, 62, 11556-11570
58. Oda, T.; Pasquarello, A.; Car, R. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 3622-3625
59. Knopfle, K.; Sandratskii, L. M.; Kubler, J. Phys. Rev. B 2000, 62, 5564-5569
60. Tsunoda, Y.; Nishioka, Y.; Nicklow, R. M. J. Magn. Magn. Mater. 1993, 128, 133-137
61. Hafner, J. J. Comput. Chem. 2008, 29, 2044-2078
62. Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169-11186
63. Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758-1775
64. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakasuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakamjima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, N. J.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, O.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Ciolowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, Revision A.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
65. Watanabe, T.; Sholl, D. S. J. Chem. Phys. 2010, 133, 094509
66. Zuxiang, Y. Rock Miner. Anal. 1984, 3, 231-238
67. Louie, S. G.; Froyen, S.; Cohen, M. L. Phys. Rev. B 1982, 26, 1738-1742
68. Krauss, M.; Stevens, W. J. Annu. Rev. Phys. Chem. 1984, 35, 357-385
69. Henkelman, G.; Arnaldsson, A.; Jonsson, H. Comput. Mater. Sci. 2006, 36, 354-360
70. Sanville, E.; Kenny, S. D.; Smith, R.; Henkelman, G. J. Comput. Chem. 2007, 28, 899-908
71. Tang, W.; Sanville, E.; Henkelman, G. J. Phys. Cond. Matter 2009, 21, 084204
72. Cao, W. L.; Gatti, C.; Macdougall, P. J.; Bader, R. F. W. Chem. Phys. Lett. 1987, 141, 380-385
73. Glendening, E. D.; Reed, A. E.; Carpenter, J. E.; Weinhold, F. NBO 3.0 Program Manual; University of Wisconsin: Madison, WI, 1990; pp A.1-B.56.
74. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865-3868
75. Singh, U. C.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1984, 5, 129-145
76. Aebersold, M. A.; Gillon, B.; Plantevin, O.; Pardi, L.; Kahn, O.; Bergerat, P.; von Seggern, I.; Tuczek, F.; Ohrstrom, L.; Grand, A.; Lelievre-Berna, E. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5238-5245
77. Figgis, B. N.; Forsyth, J. B.; Reynolds, P. A. Inorg. Chem. 1987, 26, 101-105
78. Hines, W. A.; Menotti, A. H.; Budnick, J. I.; Burch, T. J.; Litrenta, T.; Niculescu, V.; Raj, K. Phys. Rev. B 1976, 13, 4060-4068
79. Wenzel, M. J.; Steinle-Neumann, G. Phys. Rev. B 2007, 75, 214430
80. Verwey, E. J. W. Nature 1939, 144, 327-328
81. Shchennikov, V. V.; Ovsyannikov, S. V. J. Phys.: Condens. Matter 2009, 21, 271001
82. Pinto, H. P.; Elliott, S. D. J. Phys.: Condens. Matter 2006, 18, 10427-10436
83. Mantovan, R.; Lamperti, A.; Georgieva, M.; Tallarida, G.; Fanciulli, M. J. Phys. D 2010, 43, 065002
84. Zhang, M.; Yan, H.; Yan, H. J. Magn. Magn. Mater. 2009, 321, 2340-2344
85. Zhang, D. H.; Liu, Z. Q.; Han, S.; Li, C.; Lei, B.; Stewart, M. P.; Tour, J. M.; Zhou, C. W. Nano Lett. 2004, 4, 2151-2155
86. Yoon, K. S.; Koo, J. H.; Do, Y. H.; Kim, K. W.; Kim, C. O.; Hong, J. P. J. Magn. Magn. Mater. 2005, 285, 125-129
87. Parkinson, G. S.; Mulakaluri, N.; Losovyj, Y.; Jacobson, P.; Pentcheva, R.; Diebold, U. Phys. Rev. B 2010, 82, 125413
88. Kurahashi, M.; Sun, X.; Yamauchi, Y. Phys. Rev. B 2010, 81, 193402
89. Lodziana, Z. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 206402
90. Pentcheva, R.; Wendler, F.; Meyerheim, H. L.; Moritz, W.; Jedrecy, N.; Scheffler, M. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 126101
91. Dudarev, S. L.; Botton, G. A.; Savrasov, S. Y.; Humphreys, C. J.; Sutton, A. P. Phys. Rev. B 1998, 57, 1505-1509
92. Rakhecha, V. C.; Murthy, N. S. S. J. Phys. C 1978, 11, 4389-4404
93. Goering, E.; Gold, S.; Lafkioti, M.; Schutz, G. Europhys. Lett. 2006, 73, 97-103
94. Heaton-Burgess, T.; Yang, W. T. J. Chem. Phys. 2010, 132, 234113
95. Mori-Sanchez, P.; Cohen, A. J.; Yang, W. T. J. Chem. Phys. 2006, 125, 201102
96. Perdew, J. P.; Parr, R. G.; Levy, M.; Balduz, J. L. Phys. Rev. Lett. 1982, 49, 1691-1694
97. Mori-Sanchez, P.; Cohen, A. J.; Yang, W. T. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 146401
98. Chevrier, V. L.; Ong, S. P.; Armiento, R.; Chan, M. K. Y.; Ceder, G. Phys. Rev. B 2010, 82, 075122
99. van der Marel, D.; Sawatzky, G. A. Phys. Rev. B 1988, 37, 10674-10684
100. Cohen, A. J.; Mori-Sanchez, P.; Yang, W. T. J. Chem. Phys. 2007, 126, 191109
101. Krukau, A. V.; Vydrov, O. A.; Izmaylov, A. F.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 224106
102. Paier, J.; Marsman, M.; Hummer, K.; Kresse, G.; Gerber, I. C.; Angyan, J. G. J. Chem. Phys. 2006, 125, 249901
103. Paier, J.; Marsman, M.; Hummer, K.; Kresse, G.; Gerber, I. C.; Angyan, J. G. J. Chem. Phys. 2006, 124, 154709
104. Oshio, H.; Hoshino, N.; Ito, T.; Nakano, M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8805-8812
105. Oshio, H.; Hoshino, N.; Ito, T. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12602-12603
106. Vosko, S. H.; Wilk, L.; Nusair, M. Can. J. Phys. 1980, 58, 1200-1211
107. Perdew, J. P.; Chevary, J. A.; Vosko, S. H.; Jackson, K. A.; Pederson, M. R.; Singh, D. J.; Fiolhais, C. Phys. Rev. B 1992, 46, 6671-6687
108. Bogani, L.; Wernsdorfer, W. Nat. Mater. 2008, 7, 179-186
109. Oshio, H.; Nakano, M. Chem.-Eur. J. 2005, 11, 5178-5185
110. Ribas-Arino, J.; Baruah, T.; Pederson, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9497-9505
111. De Vos, D. E.; Alaerts, L.; Seguin, E.; Poelman, H.; Thibault-Starzyk, F.; Jacobs, P. A. Chem.-Eur. J. 2006, 12, 7353-7363
112. Walton, K. S.; Karra, J. R. Langmuir 2008, 24, 8620-8626
113. Prestipino, C.; Regli, L.; Vitillo, J. G.; Bonino, F.; Damin, A.; Lamberti, C.; Zecchina, A.; Solari, P. L.; Kongshaug, K. O.; Bordiga, S. Chem. Mater. 2006, 18, 1337-1346
114. Schlichte, K.; Kratzke, T.; Kaskel, S. Microporous Mesoporous Mater. 2004, 73, 81-88
115. Thomas, K. M.; Xiao, B.; Wheatley, P. S.; Zhao, X. B.; Fletcher, A. J.; Fox, S.; Rossi, A. G.; Megson, I. L.; Bordiga, S.; Regli, L.; Morris, R. E. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1203-1209
116. Liu, Y.; Xiang, S. C.; Zhou, W.; Gallegos, J. M.; Chen, B. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 12415-12419
117. Poppl, A.; Kunz, S.; Himsl, D.; Hartmann, M. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 2678-2684
118. Zhang, X. X.; Chui, S. S. Y.; Williams, I. D. J. Appl. Phys. 2000, 87, 6007-6009
119. Bohlmann, W.; Poppl, A.; Sabo, M.; Kaskel, S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 20177-20181
120. Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H. SAC/SAC-CI Program Combined with Gaussian for Calculating Ground, Excited, Ionized, and Electron-Attached States and Singlet, Doublet, Triplet, Quartet, Quintet, Sextet, and Septet Spin States and Their Analytic Energy Gradients; Kyoto University: Kyoto, Japan, 2005; pp 1-450.
121. Tyuterev, V. G.; Tashkun, S.; Jensen, P.; Barbe, A.; Cours, T. J. Mol. Spectrosc. 1999, 198, 57-76
122. Bacis, R.; Bouvier, A. J.; Flaud, J. M. Spectrochim. Acta, Part A 1998, 54, 17-34
123. Bouvier, A. J.; Inard, D.; Veyret, V.; Bussery, B.; Bacis, R.; Churassy, S.; Brion, J.; Malicet, J.; Judge, R. H. J. Mol. Spectrosc. 1998, 190, 189-197
124. Willitsch, S.; Innocenti, F.; Dyke, J. M.; Merkt, F. J. Chem. Phys. 2005, 122, 024311
125. Bultinck, P.; Cooper, D. L.; Van Neck, D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 3424-3429