Combining the spin-separated exact two-component relativistic Hamiltonian with the equation-of-motion coupled-cluster method for the treatment of spin–orbit splittings of light and heavy elements

文献情報

出版日 2017-01-10
DOI 10.1039/C6CP07588F
インパクトファクター 3.676
著者

Zhanli Cao, Zhendong Li, Fan Wang, Wenjian Liu


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要旨

The spin-separated exact two-component (X2C) relativistic Hamiltonian [sf-X2C+so-DKHn, J. Chem. Phys., 2012, 137, 154114] is combined with the equation-of-motion coupled-cluster method with singles and doubles (EOM-CCSD) for the treatment of spin–orbit splittings of open-shell molecular systems. Scalar relativistic effects are treated to infinite order from the outset via the spin-free part of the X2C Hamiltonian (sf-X2C), whereas the spin–orbit couplings (SOC) are handled at the CC level via the first-order Douglas–Kroll–Hess (DKH) type of spin–orbit operator (so-DKH1). Since the exponential of single excitations, i.e., exp(T1), introduces sufficient spin orbital relaxations, the inclusion of SOC at the CC level is essentially the same in accuracy as the inclusion of SOC from the outset in terms of the two-component spinors determined variationally by the sf-X2C+so-DKH1 Hamiltonian, but is computationally more efficient. Therefore, such an approach (denoted as sf-X2C-EOM-CCSD(SOC)) can achieve uniform accuracy for the spin–orbit splittings of both light and heavy elements. For light elements, the treatment of SOC can even be postponed until the EOM step (denoted as sf-X2C-EOM(SOC)-CCSD), so as to further reduce the computational cost. To reveal the efficacy of sf-X2C-EOM-CCSD(SOC) and sf-X2C-EOM(SOC)-CCSD, the spin–orbit splittings of the 2Π states of monohydrides up to the sixth row of the periodic table are investigated. The results show that sf-X2C-EOM-CCSD(SOC) predicts very accurate results (within 5%) for elements up to the fifth row, whereas sf-X2C-EOM(SOC)-CCSD is useful only for light elements (up to the third row but with some exceptions). For comparison, the sf-X2C-S-TD-DFT-SOC approach [spin-adapted open-shell time-dependent density functional theory, Mol. Phys., 2013, 111, 3741] is applied to the same systems. The overall accuracy (1–10%) is satisfactory.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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