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用拟简并电子价层微扰理论模拟自旋轨道耦合。

Simulating Spin-Orbit Coupling with Quasidegenerate -Electron Valence Perturbation Theory.

机构信息

Department of Chemistry and Biochemistry, The Ohio State University, Columbus, Ohio43210, United States.

出版信息

J Phys Chem A. 2023 Jan 19;127(2):546-559. doi: 10.1021/acs.jpca.2c07952.

DOI:10.1021/acs.jpca.2c07952
PMID:36599072
Abstract

We present the first implementation of spin-orbit coupling effects in fully internally contracted second-order quasidegenerate -electron valence perturbation theory (SO-QDNEVPT2). The SO-QDNEVPT2 approach enables the computations of ground- and excited-state energies and oscillator strengths combining the description of static electron correlation with an efficient treatment of dynamic correlation and spin-orbit coupling. In addition to SO-QDNEVPT2 with the full description of one- and two-body spin-orbit interactions at the level of two-component Breit-Pauli Hamiltonian, our implementation also features a simplified approach that takes advantage of spin-orbit mean-field approximation (SOMF-QDNEVPT2). The accuracy of these methods is tested for the group 14 and 16 hydrides, 3 and 4 transition metal ions, and two actinide dioxides (neptunyl and plutonyl dications). The zero-field splittings of group 14 and 16 molecules computed using SO-QDNEVPT2 and SOMF-QDNEVPT2 are in good agreement with the available experimental data. For the 3 transition metal ions, the SO-QDNEVPT2 method is significantly more accurate than SOMF-QDNEVPT2, while no substantial difference in the performance of two methods is observed for the 4 ions. Finally, we demonstrate that for the actinide dioxides the results of SO-QDNEVPT2 and SOMF-QDNEVPT2 are in good agreement with the data from previous theoretical studies of these systems. Overall, our results demonstrate that SO-QDNEVPT2 and SOMF-QDNEVPT2 are promising multireference methods for treating spin-orbit coupling with a relatively low computational cost.

摘要

我们首次在完全内收缩二阶准简并 -电子价层微扰理论(SO-QDNEVPT2)中实现了自旋轨道耦合效应。SO-QDNEVPT2 方法能够结合静态电子相关的描述与高效处理动态相关和自旋轨道耦合,计算基态和激发态能量和振子强度。除了在 Breit-Pauli 哈密顿量的双分量水平上完整描述单和双体自旋轨道相互作用的 SO-QDNEVPT2 之外,我们的实现还具有利用自旋轨道平均场近似(SOMF-QDNEVPT2)的简化方法。这些方法的准确性已通过测试第 14 和 16 族氢化物、3 和 4 过渡金属离子以及两个锕系元素二氧化物(镎和钚二价阳离子)得到检验。使用 SO-QDNEVPT2 和 SOMF-QDNEVPT2 计算的第 14 和 16 族分子的零场分裂与可用的实验数据吻合良好。对于 3 个过渡金属离子,SO-QDNEVPT2 方法比 SOMF-QDNEVPT2 更为准确,而对于 4 个离子,两种方法的性能没有明显差异。最后,我们证明对于锕系元素二氧化物,SO-QDNEVPT2 和 SOMF-QDNEVPT2 的结果与这些体系先前理论研究的数据吻合良好。总体而言,我们的结果表明,SO-QDNEVPT2 和 SOMF-QDNEVPT2 是一种具有相对较低计算成本的有前途的多参考方法,可用于处理自旋轨道耦合。

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引用本文的文献

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