Relativistic density functional calculations of hyperfine coupling with variational versus perturbational treatment of spin-orbit coupling

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 9, Issue 4, 2013, Pages 1932-1948

  Verma, Prakash ^a   Autschbach, Jochen ^a  

^a UNIVERSITY AT BUFFALO   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84876011952     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct301114z     Document Type: Article

References (119)

1. Atherton, N. M. Principles of Electron Spin Resonance; Ellis Horwood series in physical chemistry; Prentice Hall: New York, 1993; pp 38, 59-129.
2. Moon, S.; Patchkovskii, S. First-principles calculations of paramagnetic NMR shifts. In Calculation of NMR and EPR Parameters. Theory and Applications; Kaupp, M.; Bühl, M.; Malkin, V. G., Eds.; Wiley-VCH: Weinheim, 2004; pp 325-338.
3. Rinkevicius, Z.; Vaara, J.; Telyatnyk, L.; Vahtras, O. J. Chem, Phys. 2003, 118, 2550-2561
4. Abragam, A.; Bleaney, B. Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions; Clarendon Press: Oxford, 1970; pp 133-216, 650-653.
5. Fermi, E. Z. Phys. 1930, 60, 320-333
6. Breit, G. Phys. Rev. 1931, 37, 51-52
7. Rosenthal, J. E.; Breit, G. Phys. Rev. 1932, 41, 459-470
8. Crawford, M. F.; Schawlow, A. L. Phys. Rev. 1949, 76, 1310-1317
9. Bohr, A.; Weisskopf, V. F. Phys. Rev. 1950, 77, 94-98
10. Bohr, A. Phys. Rev. 1951, 81, 331-335
11. Stroke, H. H.; Blin-Stoyle, R. J.; Jaccarino, V. Phys. Rev. 1961, 123, 1326-1348
12. Rosenberg, H. J.; Stroke, H. H. Phys. Rev. A 1972, 5, 1992-2000
13. Pyykkö, P. Lecture Notes in Chemistry: Relativistic Theory of Atoms and Molecules; Springer: Berlin, 1993; Vol. 60.
14. Eriksson, L. A. ESR Hyperfine Calculations. In Encyclopedia of Computational Chemistry; von Ragué Schleyer, P., Ed.; Wiley: Chichester, U.K., 1998; pp 952-958.
15. Liu, W. Mol. Phys. 2010, 108, 1679-1706
16. Saue, T. ChemPhysChem 2011, 12, 3077-3094
17. Pyykkö, P. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 45-64
18. Autschbach, J. J. Chem. Phys. 2012, 136, 150902-15
19. Malkin, E.; Malkin, I.; Malkina, O. L.; Malkin, V. G.; Kaupp, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2006, 8, 4079-4085
20. Pyykkö, P., private communication.
21. Dyall, K. G.; Fægri, Jr., K. Relativistic Quantum Chemistry; Oxford University Press: New York, 2007, pages 233-260.
22. Reiher, M.; Wolf, A. Relativistic Quantum Chemistry. The Fundamental Theory of Molecular Science; Wiley-VCH: Weinheim, 2009.
23. Munzarová, M.; Kaupp, M. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 9966-9983
24. Kaupp, M.; Köhler, F. H. Coord. Chem. Rev. 2009, 253, 2376-2386
25. McConnell, H. M. J. Chem. Phys. 1956, 24, 764-766
26. Bersohn, R. J. Chem. Phys. 1956, 24, 1066-1070
27. McLachlan, A. D.; Dearman, H. H.; Lefebvre, R. J. Chem. Phys. 1960, 33, 65-70
28. Karplus, M.; Fraenkel, G. K. J. Chem. Phys. 1961, 35, 1312-1323
29. Pople, J. A.; Beveridge, D. L.; Dobosh, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1968, 90, 4201-4209
30. Chipman, D. M. J. Chem. Phys. 1979, 71, 761-768
31. Chipman, D. M. Theor. Chem. Acc. 1992, 82, 93-115
32. Sekino, H.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1985, 82, 4225-4229
33. Kristiansen, P.; Veseth, L. J. Chem. Phys. 1986, 84, 2711-2719
34. Kossmann, S.; Neese, F. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 11768-11781
35. Chang, S. Y.; Davidson, E. R.; Vincow, G. J. Chem. Phys. 1968, 49, 529-540
36. Chang, S. Y.; Davidson, E. R.; Vincow, G. J. Chem. Phys. 1970, 52, 5596-5606
37. Vincow, G.; Chang, S. Y.; Davidson, E. R. J. Chem. Phys. 1971, 54, 4121-4123
38. Vincow, G. J. Phys. Chem. 1971, 75, 3400-3410
39. Konishi, H.; Morokuma, K. J. Am. Chem. Soc. 1972, 94, 5603-5612
40. Ellinger, Y.; Subra, R.; Berthier, G. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 4961-4963
41. Feller, D.; Davidson, E. R. J. Chem. Phys. 1984, 80, 1006-1017
42. Fernandez, B.; Jørgensen, P.; Byberg, J.; Olsen, J.; Helgaker, T.; Jensen, H. J. A. J. Chem. Phys. 1992, 97, 3412-3419
43. Perera, S. A.; Watts, J. D.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1994, 100, 1425-1434
44. Ohta, K.; Nakatsuji, H.; Hirao, K.; Yonezawa, T. J. Chem. Phys. 1980, 73, 1770-1776
45. Nakatsuji, H.; Ohta, K.; Yonezawa, T. J. Phys. Chem. 1983, 87, 3068-3074
46. Engels, B. Theor. Chem. Acc. 1993, 86, 429-437
47. Salter, E. A.; Trucks, G. W.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1989, 90, 1752-1766
48. Coulthard, M. A. Proc. Phys. Soc. 1967, 90, 615-617
49. Quiney, H. M.; Belanzoni, P. Chem. Phys. Lett. 2002, 353, 253-258
50. Dzuba, V. A.; Flambaum, V. V.; Sushkov, O. P. J. Phys. B. 1984, 17, 1953-1968
51. Das, T. P. Hyperfine Interact. 1987, 34, 149-165
52. Das, M.; Chaudhuri, R. K.; Chattopadhyay, S.; Mahapatra, U. S. Phys. Rev. A 2011, 84, 042512-042519
53. Andriessen, J.; Postma, H.; van den Brink, A. M.; Das, T. P. Phys. Rev. A 1992, 45, 1389-1398
54. Yuan, X.; Dougherty, R. W.; Das, T. P.; Andriessen, J. Phys. Rev. A 1995, 52, 3563-3571
55. Filatov, M.; Zou, W.; Cremer, D. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 3481-3486
56. van Wüllen, C. Relativistic Density Functional Theory. In Relativistic Methods for Chemists; Barysz, M.; Ishikawa, Y., Eds.; Springer: Dordrecht, 2010; Vol. 10, pp 191-214.
57. Engel, E.; Keller, S.; Dreizler, R. M. Phys. Rev. A 1996, 53, 1367-1374
58. Mayer, M.; Häberlen, O. D.; Rösch, N. Phys. Rev. A 1996, 54, 4775-4782
59. Geurts, P. J. M.; Bouten, P. C. P.; van der Avoird, A. J. Chem. Phys. 1980, 73, 1306-1312
60. Eriksson, L. A.; Malkin, V. G.; Malkina, O. L.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys. 1993, 99, 9756-9763
61. Eriksson, L. A.; Malkin, V. G.; Malkina, O. L.; Salahub, D. R. Int. J. Quantum Chem. 1994, 52, 879-901
62. Ishii, N.; Shimizu, T. Chem. Phys. Lett. 1994, 225, 462-466
63. Eriksson, L. A.; Malkina, O. L.; Malkin, V. G.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys. 1994, 100, 5066-5075
64. Neese, F. J. Chem. Phys. 2003, 118, 3939-3948
65. Malkin, I.; Malkina, O. L.; Malkin, V. G.; Kaupp, M. Chem. Phys. Lett. 2004, 396, 268-276
66. Aquino, F.; Pritchard, B.; Autschbach, J. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 598-609
67. van Lenthe, E.; van der Avoird, A.; Wormer, P. E. S. J. Chem. Phys. 1998, 108, 4783-4796
68. Malkin, E.; Repisky, M.; Komorovsky, S.; Mach, P.; Malkina, O. L.; Malkin, V. G. J. Chem. Phys. 2011, 134, 044111-044111-8
69. Verma, P.; Autschbach, J. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 1052-1067
70. Hrobarik, P.; Repisky, M.; Komorovsky, S.; Hrobarikova, V.; Kaupp, M. Theor. Chem. Acc. 2011, 129, 715-725
71. Autschbach, J.; Pritchard, B. Theor. Chem. Acc. 2011, 129, 453-466
72. Valiev, M.; Bylaska, E. J.; Govind, N.; Kowalski, K.; Straatsma, T. P.; Dam, H. J. J. V.; Wang, D.; Nieplocha, J.; Apra, E.; Windus, T. L.; de Jong, W. A. Comput. Phys. Commun. 2010, 181, 1477-1489
73. van Wüllen, C. J. Chem. Phys. 2009, 130, 194109-14
74. Schmitt, S.; Jost, P.; van Wüllen, C. J. Chem. Phys. 2011, 134, 194113-11
75. Aquino, F.; Govind, N.; Autschbach, J. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 3278-3292
76. Nichols, P.; Govind, N.; Bylaska, E. J.; de Jong, W. A. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 491-499
77. Autschbach, J.; Patchkovskii, S.; Pritchard, B. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 2175-2188
78. Autschbach, J.; Ziegler, T. J. Chem. Phys. 2000, 113, 936-947
79. Visscher, L.; Dyall, K. At. Data Nucl. Data Tables 1997, 67, 207-224
80. Andrae, D. Phys. Rep. 2000, 336, 413-527
81. Autschbach, J. ChemPhysChem 2009, 10, 2274-2283
82. van Lenthe, E.; Wormer, P. E. S.; van der Avoird, A. J. Chem. Phys. 1997, 107, 2488-2498
83. van Wüllen, C. Mariapfarr 2012 workshop lecture notes, Part 3; http://www.uni-graz.at/tchwww/mariapfarr12/vanWuellen.zip (accessed Dec. 2012).
84. Bylaska, E. J.; de Jong, W. A.; Govind, N.; Kowalski, K.; Straatsma, T. P.; Valiev, M.; van Dam, J. J.; Wang, D.; Apra, E.; Windus, T. L.; Hammond, J.; Autschbach, J.; Aquino, F.; Nichols, P.; Hirata, S.; Hackler, M. T.; Zhao, Y.; Fan, P.-D.; Harrison, R. J.; Dupuis, M.; Smith, D. M. A.; Glaesemann, K.; Nieplocha, J.; Tipparaju, V.; Krishnan, M.; Vazquez-Mayagoitia, A.; Jensen, L.; Swart, M.; Wu, Q.; Van Voorhis, T.; Auer, A. A.; Nooijen, M.; Crosby, L. D.; Brown, E.; Cisneros, G.; Fann, G. I.; Fruchtl, H.; Garza, J.; Hirao, K.; Kendall, R.; Nichols, J. A.; Tsemekhman, K.; Wolinski, K.; Anchell, J.; Bernholdt, D.; Borowski, P.; Clark, T.; Clerc, D.; Dachsel, H.; Deegan, M.; Dyall, K.; Elwood, D.; Glendening, E.; Gutowski, M.; Hess, A.; Jaffe, J.; Johnson, B.; Ju, J.; Kobayashi, R.; Kutteh, R.; Lin, Z.; Littlefield, R.; Long, X.; Meng, B.; Nakajima, T.; Niu, S.; Pollack, L.; Rosing, M.; Sandrone, G.; Stave, M.; Taylor, H.; Thomas, G.; van Lenthe, J.; Wong, A.; Zhang, Z. NWChem, A Computational Chemistry Package for Parallel Computers, Version 6 (2012 developer's version); Pacific Northwest National Laboratory: Richland, WA, 2011.
85. Kutzelnigg, W.; Fleischer, U.; Schindler, M. The IGLO-Method: Ab Initio Calculation and Interpretation of NMR Chemical Shifts and Magnetic Susceptibilities. In NMR Basic Principles and Progress; Diehl, P.; Fluck, E.; Gunther, H.; Kosfeld, R.; Seelig, J., Eds.; Springer-Verlag: Heidelberg, Germany, 1990, Vol. 23, pp 165-262.
86. Roos, B. O.; Lindh, R.; Malmqvist, P.; Veryazov, V.; Widmark, P. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 6575-6579
87. Roos, B. O.; Lindh, R.; Malmqvist, P. A.; Veryazov, V.; Widmark, P.-O. Chem. Phys. Lett. 2005, 409, 295-299
88. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
89. Perdew, J. P. Phys. Rev. B 1986, 33, 8822-8824
90. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1997, 78, 1396-1396
91. Adamo, C.; Barone, V. J. Chem. Phys. 1999, 110, 6158-6170
92. Yanai, T.; Tew, D. P.; Handy, N. C. Chem. Phys. Lett. 2004, 393, 51-57
93. Nakajima, T.; Hirao, J. J. Chem. Phys. 2002, 116, 8270-8275
94. Tsuchiya, T.; Abe, M.; Nakajima, T.; Hirao, K. J. Chem. Phys. 2001, 115, 4463-4472
95. Baerends, E. J.; Ziegler, T.; Autschbach, J.; Bashford, D.; Bérces, A.; Bickelhaupt, F. M.; Bo, C.; Boerrigter, P. M.; Cavallo, L.; Chong, D. P.; Deng, L.; Dickson, R. M.; Ellis, D. E.; van Faassen, M.; Fan, L.; Fischer, T. H.; Fonseca Guerra, C.; Ghysels, A.; Giammona, A.; van Gisbergen, S. J. A.; Götz, A. W.; Groeneveld, J. A.; Gritsenko, O. V.; Grüning, M.; Gusarov, S.; Harris, F. E.; van den Hoek, P.; Jacob, C. R.; Jacobsen, H.; Jensen, L.; Kaminski, J. W.; van Kessel, G.; Kootstra, F.; Kovalenko, A.; Krykunov, M. V.; van Lenthe, E.; McCormack, D. A.; Michalak, A.; Mitoraj, M.; Neugebauer, J.; Nicu, V. P.; Noodleman, L.; Osinga, V. P.; Patchkovskii, S.; Philipsen, P. H. T.; Post, D.; Pye, C. C.; Ravenek, W.; Rodríguez, J. I.; Ros, P.; Schipper, P. R. T.; Schreckenbach, G.; Seldenthuis, J. S.; Seth, M.; Snijders, J. G.; Solà, M.; Swart, M.; Swerhone, D.; te Velde, G.; Vernooijs, P.; Versluis, L.; Visscher, L.; Visser, O.; Wang, F.; Wesolowski, T. A.; van Wezenbeek, E. M.; Wiesenekker, G.; Wolff, S. K.; Woo, T. K.; Yakovlev, A. L. Amsterdam Density Functional, SCM, Theoretical Chemistry; Vrije Universiteit: Amsterdam, The Netherlands, 2008. Available online: http://www.scm.com.
96. Notter, F.-P.; Bolvin, H. J. Chem. Phys. 2009, 130, 184310
97. Baldas, J.; Boas, J. F.; Bonnyman, J.; Williams, G. A. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1984, 2395-2400
98. Liese, W.; Dehnicke, K.; Rogers, R. D.; Shakir, R.; Atwood, J. L. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1981, 1061-1063
99. Cohen, A. J.; Mori-Sánchez, P.; Yang, W. Science 2008, 321, 792-794
100. Henderson, T. M.; Scuseria, G. E. Mol. Phys. 2010, 108, 2511-2517
101. Polo, V.; Gräfenstein, J.; Kraka, E.; Cremer, D. Chem. Phys. Lett. 2002, 352, 469-478
102. van Lenthe, E.; van der Avoird, A.; Hagen, W. R.; Reijerse, E. J. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 2070-2077
103. Stein, M.; van Lenthe, E.; Baerends, E. J.; Lubitz, W. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 416-425
104. Stein, T.; Autschbach, J.; Govind, N.; Kronik, L.; Baer, R. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3740-3744
105. Verma, P.; Perera, A.; Bartlett, R. J. Chem. Phys. Lett. 2012, 524, 10-15
106. Verma, P.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 2012, 136, 044105
107. Verma, P.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 2012, 137, 134102
108. Malkin, I.; Malkina, O. L.; Malkin, V. G.; Kaupp, M. J. Chem. Phys. 2005, 123, 244103-16
109. Perdew, J. P.; Ruzsinszky, A.; Constantin, L. A.; Sun, J.; Csonka, G. I. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 902-908
110. Knight, L. B., Jr.; Fisher, T. A.; Wise, M. B. J. Chem. Phys. 1981, 74, 6009-6013
111. De Vore, T. C.; Weltner, W. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 4700-4703
112. Kirmse, R.; Köhler, K.; Abram, U.; Böttcher, R.; Golic, L.; De Boer, E. Chem. Phys. 1990, 143, 75-82
113. Lack, G. M.; Gibson, J. F. J. Mol. Struct. 1978, 46, 299-306
114. Knight, L. B., Jr.; Weltner, W., Jr. J. Chem. Phys. 1971, 55, 2061-2070
115. Lon B. Knight, J.; Lin, K. C. J. Chem. Phys. 1972, 56, 6044-6049
116. Kasai, P. H.; McLeod, D. J. Phys. Chem. 1978, 82, 1554-1559
117. Knecht, S.; Fux, S.; Meer, R.; Visscher, L.; Reiher, M.; Saue, T. Theor. Chem. Acc. 2011, 129, 631-650
118. Butler, J. E.; Hutchison, C. A., Jr. J. Chem. Phys. 1981, 74, 3102-3119
119. Case, D. A. J. Chem. Phys. 1985, 83, 5792-5796