Density relaxation in time-dependent density functional theory: Combining relaxed density natural orbitals and multireference perturbation theories for an improved description of excited states

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 10, Issue 9, 2014, Pages 4014-4024

  Ronca, Enrico ^a,b   Angeli, Celestino ^c   Belpassi, Leonardo ^a   De Angelis, Filippo ^a   Tarantelli, Francesco ^a,b   Pastore, Mariachiara ^a  

^a CNR   (Italy)

^b UNIVERSITY OF PERUGIA   (Italy)

^c UNIVERSITY OF FERRARA   (Italy)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84922311309     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct5004675     Document Type: Article

References (111)

1. Bucher, D. B.; Pilles, B. M.; Carell, T.; Zinth, W. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2014, 111, 4369-4374
2. Santoro, F.; Barone, V.; Improta, R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 9931-9936
3. Kawai, K.; Kodera, H.; Osakada, Y.; Majima, T. Nat. Chem. 2009, 1, 156-159
4. Goldsmith, R. H.; Sinks, L. E.; Kelley, R. F.; Betzen, L. J.; Liu, W.; Weiss, E. A.; Ratner, M. A.; Wasielewski, M. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 3540-3545
5. Gray, H. B.; Winkler, J. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 3534-3539
6. Megiatto, J. D.; Antoniuk-Pablant, A.; Sherman, B. D.; Kodis, G.; Gervaldo, M.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2012, 109, 15578-15583
7. Kelley, S. O.; Barton, J. K. Science 1999, 283, 375-381
8. O'Regan, B.; Grätzel, M. Nature 1991, 353, 737
9. Lee, M. M.; Teuscher, J.; Miyasaka, T.; Murakami, T. N.; Snaith, H. J. Science 2012, 338, 643-647
10. Nocera, D. G. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 767-776
11. He, Z.; Zhong, C.; Su, S.; Miao, X.; Wu, H.; Cao, Y. Nat. Photonics 2012, 6, 591-595
12. Li, G.; Zhu, R.; Yang, Y. Nat. Photonics 2012, 6, 153-161
13. Runge, E.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 997-1000
14. Dreuw, A.; Weisman, J. L.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2943-2946
15. Dreuw, A.; Head-Gordon, M. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4007-4016
16. Dreuw, A.; Head-Gordon, M. Chem. Rev. 2005, 105, 4009-4037
17. Casida, M. E.; Jamorski, C.; Casida, K. C.; Salahub, D. R. J. Chem. Phys. 1998, 108, 4439-4449
18. Wasserman, A.; Maitra, N. T.; Burke, K. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 263001
19. Hirata, S.; Zhan, C.-G.; Apra, E.; Windus, T. L.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 10154-10158
20. Mikhailov, I. A.; Tafur, S.; Masunov, A. E. Phys. Rev. A 2008, 77, 012510
21. Casida, M.; Huix-Rotllant, M. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 287-323
22. Yanai, T.; Tew, D. P.; Handy, N. C. Chem. Phys. Lett. 2004, 393, 51-57
23. Vydrov, O. A.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 234109
24. Rohrdanz, M. A.; Martins, K. M.; Herbert, J. M. J. Chem. Phys. 2009, 130, 054112
25. Baer, R.; Livshits, E.; Salzner, U. Annu. Rev. Phys. Chem. 2010, 61, 85-109
26. Stein, T.; Kronik, L.; Baer, R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2818-2820
27. Fromager, E.; Jensen, H. J. A. Phys. Rev. A 2008, 78, 022504
28. Fromager, E.; Knecht, S.; Jensen, H. J. A. J. Chem. Phys. 2013, 138, 084101
29. Pastore, M.; Mosconi, E.; De Angelis, F.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 7205-7212
30. Peach, M. J. G.; Benfield, P.; Helgaker, T.; Tozer, D. J. J. Chem. Phys. 2008, 128, 044118
31. Pastore, M.; Selloni, A.; Fantacci, S.; Angelis, F. Electronic and Optical Properties of Dye-Sensitized TiO2 Interfaces. In Topics in Current Chemistry; Springer: Berlin, Heidelberg, 2014; pp 1-45.
32. Casida, M. E.; Gutierrez, F.; Guan, J.; Gadea, F.-X.; Salahub, D.; Daudey, J.-P. J. Chem. Phys. 2000, 113, 7062-7071
33. Ziegler, T.; Seth, M.; Krykunov, M.; Autschbach, J.; Wang, F. J. Chem. Phys. 2009, 130, 154102
34. Ziegler, T.; Krykunov, M.; Cullen, J. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 2485-2491
35. Ziegler, T.; Krykunov, M.; Cullen, J. J. Chem. Phys. 2012, 136, 124107
36. Krykunov, M.; Seth, M.; Ziegler, T. J. Chem. Phys. 2014, 140, 18A502
37. Evangelista, F. A.; Shushkov, P.; Tully, J. C. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 7378-7392
38. Gimon, T.; Ipatov, A.; Heßelmann, A.; Görling, A. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 781-785
39. Heßelmann, A.; Ipatov, A.; Görling, A. Phys. Rev. A 2009, 80, 012507
40. Görling, A. Int. J. Quantum Chem. 1998, 69, 265-277
41. Ullrich, C. A.; Grossmann, U. J.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett. 1995, 74, 872-875
42. Hirata, S.; Ivanov, S.; Grabowski, I.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 2002, 116, 6468-6481
43. Shao, Y.; Head-Gordon, M.; Krylov, A. I. J. Chem. Phys. 2003, 118, 4807-4818
44. Levchenko, S. V.; Krylov, A. I. J. Chem. Phys. 2004, 120, 175-185
45. Sears, J. S.; Sherrill, C. D.; Krylov, A. I. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9084-9094
46. Casanova, D.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2008, 129, 064104
47. Casanova, D.; Head-Gordon, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 9779-9790
48. Zimmerman, P. M.; Musgrave, C. B.; Head-Gordon, M. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1339-1347
49. Head-Gordon, M.; Rico, R. R. J.; Oumi, M.; Lee, T. T. J. Chem. Phys. Lett. 1994, 219, 21-29
50. Sundstrom, E. J.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2014, 140, 114103
51. Christiansen, O.; Koch, H.; Jorgensen, P. Chem. Phys. Lett. 1995, 243, 409-418
52. Stanton, J. F.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1993, 98, 7029-7039
53. Schirmer, J. Phys. Rev. A 1982, 26, 2395-2416
54. Onida, G.; Reining, L.; Rubio, A. Rev. Mod. Phys. 2002, 74, 601-659
55. Krylov, A. I.; Sherrill, C. D.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2000, 113, 6509-6527
56. Liu, X.; Subotnik, J. E. J. Chem. Theory Comput. 2014, 10, 1004-1020
57. Liu, X.; Ou, Q.; Alguire, E.; Subotnik, J. E. J. Chem. Phys. 2013, 138, 221105
58. Werner, H.; Knowles, P. J. J. Chem. Phys. 1988, 89, 5803-5814
59. Angeli, C.; Cimiraglia, R.; Pastore, M. Mol. Phys. 2012, 110, 2963-2968
60. Andersson, K.; Malmqvist, P. A.; Roos, B. O.; Sadlej, A. J.; Wolinski, K. J. Phys. Chem. 1990, 94, 5483-5488
61. Angeli, C.; Cimiraglia, R.; Evangelisti, S.; Leininger, T.; Malrieu, J.-P. J. Chem. Phys. 2001, 114, 10252-10264
62. Laidig, W. D.; Bartlett, R. J. Chem. Phys. Lett. 1984, 104, 424-430
63. Ronca, E.; Pastore, M.; Belpassi, L.; De Angelis, F.; Angeli, C.; Cimiraglia, R.; Tarantelli, F. J. Chem. Phys. 2014, 140, 054110
64. Handy, N. C.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 1984, 81, 5031-5033
65. Belpassi, L.; Infante, I.; Tarantelli, F.; Visscher, L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1048-1060
66. Cappelletti, D.; Ronca, E.; Belpassi, L.; Tarantelli, F.; Pirani, F. Acc. Chem. Res. 2012, 45, 1571-1580
67. Furche, F.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 2002, 117, 7433-7447
68. Wiberg, K. B.; Hadad, C. M.; LePage, T. J.; Breneman, C. M.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 671-679
69. Foresman, J. B.; Head-Gordon, M.; Pople, J. A.; Frisch, M. J. J. Phys. Chem. 1992, 96, 135-149
70. Cammi, R.; Mennucci, B.; Tomasi, J. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 9100-9108
71. 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.; Nakatsuji, 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.; Nakajima, 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, J. M.; 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, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, Revision C.01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
72. Angeli, C.; Pastore, M.; Cimiraglia, R. Theor. Chem. Acc. 2007, 117, 743-754
73. Werner, H.-J.; Knowles, P. J.; Knizia, G.; Manby, F. R.; Schütz, M.; Celani, P.; Korona, T.; Lindh, R.; Mitrushenkov, A.; Rauhut, G.; Shamasundar, K. R.; Adler, T. B.; Amos, R. D.; Bernhardsson, A.; Berning, A.; Cooper, D. L.; Deegan, M. J. O.; Dobbyn, A. J.; Eckert, F.; Goll, E.; Hampel, C.; Hesselmann, A.; Hetzer, G.; Hrenar, T.; Jansen, G.; Köppl, C.; Liu, Y.; Lloyd, A. W.; Mata, R. A.; May, A. J.; McNicholas, S. J.; Meyer, W.; Mura, M. E.; Nicklass, A.; O'Neill, D. P.; Palmieri, P.; Peng, D.; Pflüger, K.; Pitzer, R.; Reiher, M.; Shiozaki, T.; Stoll, H.; Stone, A. J.; Tarroni, R.; Thorsteinsson, T.; Wang, M. MOLPRO, version 2010.1, a package of ab initio programs. 2010. http://www.molpro.net (accessed March 23, 2014).
74. Freeman, D. E.; Klemperer, W. J. Chem. Phys. 1966, 45, 52-57
75. Smith, B. H.; Buonaugurio, A.; Chen, J.; Collins, E.; Bowen, K. H.; Compton, R. N.; Sommerfeld, T. J. Chem. Phys. 2013, 138, 234304
76. Angeli, C. J. Comput. Chem. 2009, 30, 1319-1333
77. Watson, M. A.; Chan, G. K.-L. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 4013-4018
78. Serrano-Andrés, L.; Merchán, M.; Nebot-Gil, I.; Lindh, R.; Roos, B. O. J. Chem. Phys. 1993, 98, 3151-3162
79. Wanko, M.; Garavelli, M.; Bernardi, F.; Niehaus, T. A.; Frauenheim, T.; Elstner, M. J. Chem. Phys. 2004, 120, 1674-1692
80. Nakayama, K.; Nakano, H.; Hirao, K. Int. J. Quantum Chem. 1998, 66, 157-175
81. Pastore, M.; Fantacci, S.; De Angelis, F. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 3685-3700
82. Millefiori, S.; Favini, G.; Millefiori, A.; Grasso, D. Spectrochim. Acta 1977, 33, 21-27
83. Flicker, W. M.; Mosher, O. A.; Kuppermann, A. Chem. Phys. Lett. 1977, 45, 492-497
84. Kuppermann, A.; Flicker, W. M.; Mosher, O. A. Chem. Rev. 1979, 79, 77-90
85. Walzl, K. N.; Koerting, C. F.; Kuppermann, A. J. Chem. Phys. 1987, 87, 3796-3803
86. Pastore, M.; Angeli, C.; Cimiraglia, R. Chem. Phys. Lett. 2006, 422, 522-528
87. Pastore, M.; Angeli, C.; Cimiraglia, R. Chem. Phys. Lett. 2006, 426, 445-451
88. Angeli, C.; Pastore, M. J. Chem. Phys. 2011, 134, 184302
89. Zadrozny, J. M.; Atanasov, M.; Bryan, A. M.; Lin, C.-Y.; Rekken, B. D.; Power, P. P.; Neese, F.; Long, J. R. Chem. Sci. 2013, 4, 125-138
90. Nakao, Y.; Choe, Y.-K.; Nakayama, K.; Hirao, K. Mol. Phys. 2002, 100, 729-745
91. Lu, Z.; Matsika, S. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 509-517
92. Gordon, M. S.; Schmidt, M. W.; Chaban, G. M.; Glaesemann, K. R.; Stevens, W. J.; Gonzalez, C. J. Chem. Phys. 1999, 110, 4199-4207
93. Abrams, M. L.; Sherrill, C. D. Chem. Phys. Lett. 2004, 395, 227-232
94. Kurlancheek, W.; Head-Gordon, M. Mol. Phys. 2009, 107, 1223-1232
95. Karlström, G.; Lindh, R.; Malmqvist, P.-Å.; Roos, B. O.; Ryde, U.; Veryazov, V.; Widmark, P.-O.; Cossi, M.; Schimmelpfennig, B.; Neogrady, P.; Seijo, L. Comput. Mater. Sci. 2003, 28, 222-239
96. McDiarmid, R. Chem. Phys. Lett. 1992, 188, 423-426
97. Heimbrook, L. A.; Kohler, B. E.; Levy, I. J. J. Chem. Phys. 1984, 81, 1592-1597
98. Leopold, D. G.; Pendley, R. D.; Roebber, J. L.; Hemley, R. J.; Vaida, V. J. Chem. Phys. 1984, 81, 4218-4229
99. Hudson, B. S.; Kohler, B. E.; Schulten, K. Excited States; Lim, E. C., Ed.; Academic: New York, 1982; Vol. 6, pp 1-95.
100. Cave, R. J.; Davidson, E. R. J. Phys. Chem. 1988, 92, 2173-2177
101. D'Amico, K. L.; Manos, C.; Christensen, R. L. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 1777-1782
102. Bavia, M.; Bertinelli, F.; Taliani, C.; Zauli, C. Mol. Phys. 1976, 31, 479-489
103. Tawada, Y.; Tsuneda, T.; Yanagisawa, S.; Yanai, T.; Hirao, K. J. Chem. Phys. 2004, 120, 8425-8433
104. Watts, J. D.; Gwaltney, S. R.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1996, 105, 6979-6988
105. Lehtonen, O.; Sundholm, D.; Send, R.; Johansson, M. P. J. Chem. Phys. 2009, 131, 024301
106. Kitao, O.; Nakatsuji, H. Chem. Phys. Lett. 1988, 143, 528-534
107. Ostojić, B.; Domcke, W. Chem. Phys. 2001, 269, 1-10
108. Weigend, F.; Häser, M.; Patzelt, H.; Ahlrichs, R. Chem. Phys. Lett. 1998, 294, 143-152
109. Polli, D.; Altoe, P.; Weingart, O.; Spillane, K. M.; Manzoni, C.; Brida, D.; Tomasello, G.; Orlandi, G.; Kukura, P.; Mathies, R. A.; Garavelli, M.; Cerullo, G. Nature 2010, 467, 440-443
110. Gozem, S.; Huntress, M.; Schapiro, I.; Lindh, R.; Granovsky, A. A.; Angeli, C.; Olivucci, M. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 4069-4080
111. Gozem, S.; Schapiro, I.; Ferré, N.; Olivucci, M. Science 2012, 337, 1225-1228