Minnesota funktionella

Minnesota Functionals (M ) är yz en grupp mycket parametriserade approximativa utbytes - korrelationsenergifunktioner i densitetsfunktionella teorin (DFT) . De är utvecklade av en grupp av professor Donald Truhlar vid University of Minnesota . Dessa funktionaliteter är baserade på meta-GGA-approximationen , dvs de inkluderar termer som beror på den kinetiska energitätheten, och är alla baserade på komplicerade funktionella former parametriserade på högkvalitativa benchmarkdatabaser. Dessa funktionaliteter kan användas för traditionell kvantkemi och fasta tillståndsfysikberäkningar. M yz -funktionerna används och testas i stor utsträckning inom kvantkemin .

Oberoende utvärderingar av styrkorna och begränsningarna hos Minnesota-funktionalerna med avseende på olika kemiska egenskaper har emellertid gett tvivel om riktigheten av Minnesota-funktionerna. Vissa anser att denna kritik är orättvis. I denna uppfattning, eftersom Minnesota-funktioner strävar efter en balanserad beskrivning för både huvudgrupp- och övergångsmetallkemi, ger studierna som bedömer Minnesota-funktioner enbart baserat på prestanda på huvudgruppsdatabaser partisk information, eftersom de funktioner som fungerar bra för huvudgruppskemi kan misslyckas för övergångsmetallkemi.

En studie 2017 visade på den dåliga prestandan hos Minnesota-funktioner på atomdensiteter. Några andra har motbevisat denna kritik och hävdar att fokusering endast på atomdensiteter (inklusive kemiskt oviktiga, högt laddade katjoner) knappast är relevant för verkliga tillämpningar av densitetsfunktionella teorier i beräkningskemi . En nyligen genomförd studie har funnit att detta är fallet: för Minnesota-funktionalerna (som är mycket populära inom beräkningskemi för att beräkna energirelaterade kvantiteter), är felen i atomdensiteter och i energetik verkligen frikopplade, och Minnesota-funktionalerna presterar bättre för diatomiska densiteter än för atomdensiteterna. Studien drar slutsatsen att atomdensiteter inte ger en exakt bedömning av prestanda hos densitetsfunktioner. Minnesota-funktioner har också visat sig reproducera kemiskt relevanta Fukui-funktioner bättre än de gör atomdensiteterna.

Minnesota-funktioner finns tillgängliga i ett stort antal populära datorprogram för kvantkemi .

Familj av funktionaler

Minnesota 05

Den första familjen av funktionaler i Minnesota, publicerad 2005, består av:

  • M05: Global hybridfunktion med 28% HF-utbyte.
  • M05-2X Global hybridfunktion med 56% HF-utbyte.

Utöver andelen HF-utbyte inkluderar M05-familjen av funktionella 22 ytterligare empiriska parametrar. En intervallseparerad funktion baserad på M05-formen, ωM05-D som inkluderar empiriska atomär dispersionskorrigeringar, har rapporterats av Chai och medarbetare.

Minnesota 06

'06-familjen representerar en allmän förbättring [ citat behövs ] jämfört med 05-familjen och består av:

  • M06-L: Lokal funktionell, 0% HF-utbyte. Avsedd att vara snabb, bra för övergångsmetaller, oorganiska och organiska metaller.
  • revM06-L: Lokal funktionell, 0% HF-utbyte. M06-L reviderad för jämnare potentiella energikurvor och förbättrad övergripande noggrannhet.
  • M06: Global hybridfunktion med 27 % HF-utbyte. Avsedd för huvudgruppstermokemi och icke-kovalenta interaktioner, övergångsmetalltermokemi och organometaller. Det är vanligtvis den mest mångsidiga av 06-funktionerna [ citat behövs ] , och på grund av denna stora tillämpbarhet kan det vara något sämre än M06-2X för specifika egenskaper som kräver hög andel HF-utbyte, såsom termokemi och kinetik.
  • revM06: Global hybridfunktion med 40,4 % HF-utbyte. Avsedd för ett brett spektrum av applikationer inom huvudgruppskemi, övergångsmetallkemi och förutsägelse av molekylär struktur för att ersätta M06 och M06-2X.
  • M06-2X: Global hybridfunktion med 54 % HF-utbyte. Det är den bästa inom 06-funktionerna för huvudgruppens termokemi, kinetik och icke-kovalenta interaktioner, men den kan inte användas för fall där multireferensarter är eller kan vara inblandade, såsom övergångsmetalltermokemi och organometaller.
  • M06-HF: Global hybridfunktion med 100 % HF-utbyte. Avsedd för laddningsöverföring TD-DFT och system där självinteraktion är patologisk.

M06- och M06-2X-funktionerna introducerar 35 respektive 32 empiriskt optimerade parametrar i utbytes-korrelationsfunktionerna. En intervall-separerad funktion baserad på M06-formen, ωM06-D3 som inkluderar empiriska atomär dispersionskorrigeringar, har rapporterats av Chai och medarbetare.

Minnesota 08

'08-familjen skapades med den primära avsikten att förbättra den funktionella M06-2X-formen, och bibehålla prestandan för huvudgruppens termokemi, kinetik och icke-kovalenta interaktioner. Denna familj består av två funktioner med en hög procentandel av HF-utbyte, med prestanda liknande de för M06-2X [ citat behövs ] :

  • M08-HX: Global hybridfunktion med 52,23 % HF-utbyte. Avsedd för huvudgruppstermokemi, kinetik och icke-kovalenta interaktioner.
  • M08-SO: Global hybridfunktion med 56,79 % HF-utbyte. Avsedd för huvudgruppstermokemi, kinetik och icke-kovalenta interaktioner.

Minnesota 11

'11-familjen introducerar räckviddsseparation i Minnesota-funktionerna och modifieringar i den funktionella formen och i träningsdatabaserna. Dessa modifieringar minskar också antalet funktioner i en komplett familj från 4 (M06-L, M06, M06-2X och M06-HF) till bara 2:

  • M11-L: Lokal funktionell (0 % HF-växling) med dubbel-intervall DFT-växling. Avsedd att vara snabb, att vara bra för övergångsmetaller, oorganiska, organometalliska och icke-kovalenta interaktioner, och att förbättra mycket över M06-L.
  • M11: Räckviddsseparerad hybridfunktion med 42,8 % HF-utbyte på kort räckvidd och 100 % på lång räckvidd. Avsedd för huvudgruppstermokemi, kinetik och icke-kovalenta interaktioner, med en avsedd prestanda jämförbar med den för M06-2X, och för TD-DFT-applikationer, med en avsedd prestanda jämförbar med M06-HF.
  • revM11: Räckviddsseparerad hybridfunktion med 22,5 % HF-utbyte på kort räckvidd och 100 % på lång räckvidd. Avsedd för bra prestanda för elektroniska excitationer och bra förutsägelser över hela linjen för marktillståndsegenskaper.

Minnesota 12

12-familjen använder en icke-separerbar (N i MN) funktionell form som syftar till att ge balanserad prestanda för både kemi och fasta tillståndsfysikapplikationer. Den är sammansatt av:

  • MN12-L: En lokal funktionell, 0 % HF-växel. Syftet med den funktionella var att vara mycket mångsidig och ge god beräkningsprestanda och noggrannhet för energetiska och strukturella problem inom både kemi och fasta tillståndsfysik.
  • MN12-SX: Screened-Exchange (SX) hybrid funktionell med 25 % HF-utbyte på kort räckvidd och 0 % HF-utbyte på lång räckvidd. MN12-L var tänkt att vara mycket mångsidig och ge bra prestanda för energiska och strukturella problem inom både kemi och fast tillståndsfysik, till en beräkningskostnad som ligger mellan lokala och globala hybridfunktioner.

Minnesota 15

Familjen 15 är det senaste tillskottet i Minnesotafamiljen. Liksom 12-familjen är funktionalerna baserade på en icke-separerbar form, men till skillnad från 11- eller 12-familjerna använder hybridfunktionerna inte intervallseparation: M15 är en global hybrid som i familjerna före 11. Familjen 15 består av två funktioner

  • MN15, en global hybrid med 44 % HF-utbyte.
  • MN15-L, en lokal funktion med 0% HF-utbyte.

Huvudprogramvara med implementering av Minnesota Functionals

Paket M05 M05-2X M06-L revM06-L M06 M06-2X M06-HF M08-HX M08-SO M11-L M11 MN12-L MN12-SX MN15 MN15-L
ADF Ja* Ja* Ja Nej Ja Ja Ja Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja*
CPMD Ja Ja Ja Nej Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Nej Nej Nej Nej
GAMESS (USA) Ja Ja Ja Nej Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja
Gaussisk 16 Ja Ja Ja Nej Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja
Jaguar Ja Ja Ja Nej Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Nej Ja Ja
Libxc Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja
MOLCAS Ja Ja Ja Nej Ja Ja Ja Ja Ja Nej Nej Nej Nej Nej Nej
MOLPRO Ja Ja Ja Nej Ja Ja Ja Ja Ja Ja Nej Nej Nej Nej Nej
NWChem Ja Ja Ja Nej Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Nej Nej Nej Nej
späckhuggare Ja* Ja* Ja Ja* Ja Ja Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja*
PSI4 Ja* Ja* Ja* Nej Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja*
Q-Chem Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Ja Nej Ja
Quantum ESPRESSO Nej Nej Ja Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej
TURBOMOLE Ja* Ja* Ja Ja* Ja Ja Ja Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja* Ja*
VASP Nej Nej Ja Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej Nej

* Använder LibXC.

  1. ^   AJ Cohen, P. Mori-Sánchez och W. Yang (2012). "Utmaningar för densitetsfunktionella teorin". Kemiska recensioner . 112 (1): 289–320. doi : 10.1021/cr200107z . PMID 22191548 .
  2. ^   EG Hohenstein, ST Chill & CD Sherrill (2008). "Bedömning av prestandan hos M05−2X och M06−2X utbytes-korrelationsfunktioner för icke-kovalenta interaktioner i biomolekyler". Journal of Chemical Theory and Computation . 4 (12): 1996–2000. doi : 10.1021/ct800308k . PMID 26620472 .
  3. ^   KE Riley; M Pitoňák; P. Jurečka; P. Hobza (2010). "Stabilisering och strukturberäkningar för icke-kovalenta interaktioner i utökade molekylära system baserade på vågfunktions- och densitetsfunktionella teorier". Kemiska recensioner . 110 (9): 5023–63. doi : 10.1021/cr1000173 . PMID 20486691 .
  4. ^ L. Ferrighi; Y. Pan; H. Grönbeck; B. Hammer (2012). "Studie av alkyltiolat självmonterade monolager på Au(111) med hjälp av en semilokal meta-GGA-densitetsfunktion". Journal of Physical Chemistry . 116 (13): 7374–7379. doi : 10.1021/jp210869r .
  5. ^ a b     N. Mardirossian; M. Head-Gordon (2013). "Karakterisera och förstå den anmärkningsvärt långsamma basuppsättningens konvergens av flera Minnesota-densitetsfunktioner för intermolekylära interaktionsenergier" . Journal of Chemical Theory and Computation . 9 (10): 4453–4461. doi : 10.1021/ct400660j . OSTI 1407198 . PMID 26589163 . S2CID 206908565 .
  6. ^ a b   L. Goerigk (2015). "Behandla London-dispersionseffekter med de senaste funktionerna för densitet från Minnesota: problem och möjliga lösningar". Journal of Physical Chemistry Letters . 6 (19): 3891–3896. doi : 10.1021/acs.jpclett.5b01591 . hdl : 11343/209007 . PMID 26722889 .
  7. ^ a b     N. Mardirossian; M. Head-Gordon (2016). "Hur exakta är Minnesota-densitetsfunktionerna för icke-kovalenta interaktioner, isomeriseringsenergier, termokemi och barriärhöjder som involverar molekyler som består av huvudgruppelement?" . Journal of Chemical Theory and Computation . 12 (9): 4303–4325. doi : 10.1021/acs.jctc.6b00637 . OTI 1377487 . PMID 27537680 . S2CID 5479661 .
  8. ^ a b    Taylor, DeCarlos E.; Ángyán, János G.; Galli, Giulia; Zhang, Cui; Gygi, Francois; Hirao, Kimihiko; Song, Jong Won; Rahul, Kar; Anatole von Lilienfeld, O. (2016-09-23). "Blindtest av densitetsfunktionella metoder på intermolekylära interaktionsenergier". Journal of Chemical Physics . 145 (12): 124105. Bibcode : 2016JChPh.145l4105T . doi : 10.1063/1.4961095 . hdl : 1911/94780 . ISSN 0021-9606 . PMID 27782652 .
  9. ^     Kepp, Kasper P. (2017-03-09). "Benchmarking Density Functionals for Chemical Bonds of Gold" (PDF) . Journal of Physical Chemistry A . 121 (9): 2022–2034. Bibcode : 2017JPCA..121.2022K . doi : 10.1021/acs.jpca.6b12086 . ISSN 1089-5639 . PMID 28211697 . S2CID 206643889 .
  10. ^     Medvedev, Michael G.; Bushmarinov, Ivan S.; Sun, Jianwei; Perdew, John P.; Lyssenko, Konstantin A. (2017-01-06). "Densitetsfunktionella teorin avviker från vägen mot den exakta funktionella". Vetenskap . 355 (6320): 49–52. Bibcode : 2017Sci...355...49M . doi : 10.1126/science.aah5975 . ISSN 0036-8075 . PMID 28059761 . S2CID 206652408 .
  11. ^ a b   Brorsen, Kurt R.; Yang, Yang; Pak, Michael V.; Hammes-Schiffer, Sharon (2017). "Är noggrannheten i densitetsfunktionella teorin för atomiseringsenergier och tätheter i bindningsregioner korrelerad?". J. Phys. Chem. Lett . 8 (9): 2076–2081. doi : 10.1021/acs.jpclett.7b00774 . PMID 28421759 .
  12. ^   Gould, Tim (2017). "Vad gör en densitet funktionell approximation bra? Insikter från den vänstra Fukui-funktionen". J. Chem. Theory Comput . 13 (6): 2373–2377. doi : 10.1021/acs.jctc.7b00231 . hdl : 10072/348655 . PMID 28493684 .
  13. ^   Y. Zhao, NE Schultz & DG Truhlar (2005). "Utbyteskorrelation funktionell med bred noggrannhet för metalliska och icke-metalliska föreningar, kinetik och icke-kovalenta interaktioner". Journal of Chemical Physics . 123 (16): 161103. Bibcode : 2005JChPh.123p1103Z . doi : 10.1063/1.2126975 . PMID 16268672 .
  14. ^ a b   Y. Zhao, NE Schultz & DG Truhlar (2006). "Design av densitetsfunktioner genom att kombinera metoden för begränsningstillfredsställelse med parametrisering för termokemi, termokemisk kinetik och icke-kovalenta interaktioner". Journal of Chemical Theory and Computation . 2 (2): 364–382. doi : 10.1021/ct0502763 . PMID 26626525 .
  15. ^    Lin, Du-Sheng; Tsai, Chen-Wei; Li, Guan-De & Chai, Jeng-Da (2012). "Långdistanskorrigerade hybrid meta-generaliserade gradientapproximationer med dispersionskorrigeringar". Journal of Chemical Physics . 136 (15): 154109. arXiv : 1201.1715 . Bibcode : 2012JChPh.136o4109L . doi : 10.1063/1.4704370 . PMID 22519317 . S2CID 16662593 .
  16. ^    Y. Zhao & DG Truhlar (2006). "En ny lokal densitet funktionell för huvudgruppstermokemi, övergångsmetallbindning, termokemisk kinetik och icke-kovalenta interaktioner". Journal of Chemical Physics . 125 (19): 194101. Bibcode : 2006JChPh.125s4101Z . CiteSeerX 10.1.1.186.6548 . doi : 10.1063/1.2370993 . PMID 17129083 .
  17. ^    Ying Wang; Xinsheng Jin; Haoyu S. Yu; Donald G. Truhlar & Xiao Hea (2017). "Reviderad M06-L funktionell för förbättrad noggrannhet på höjder av kemiska reaktionsbarriärer, icke-kovalenta interaktioner och fasta tillståndsfysik. " Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 114 (32): 8487–8492. Bibcode : 2017PNAS..114.8487W . doi : 10.1073/pnas.1705670114 . PMC 5559035 . PMID 28739954 .
  18. ^ a b c Y. Zhao & GD Truhlar (2006). "M06-sviten av densitetsfunktioner för huvudgruppstermokemi, termokemisk kinetik, icke-kovalenta interaktioner, exciterade tillstånd och övergångselement: Två nya funktionaliteter och systematisk testning av fyra M06-klassfunktioner och 12 andra funktionaliteter. " Theor Chem Acc . 120 (1–3): 215–241. doi : 10.1007/s00214-007-0310-x .
  19. ^    Y. Wang; P. Verma; X. Jin; DG Truhlar & X. He (2018). "Reviderad M06-densitetsfunktion för huvudgrupps- och övergångsmetallkemi" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 115 (41): 10257–10262. Bibcode : 2018PNAS..11510257W . doi : 10.1073/pnas.1810421115 . PMC 6187147 . PMID 30237285 .
  20. ^ a b   Mardirossian, Narbe; Head-Gordon, Martin (2017-10-02). "Trettio år av densitetsfunktionella teorin i beräkningskemi: en översikt och omfattande bedömning av 200 densitetsfunktioner" . Molekylär fysik . 115 (19): 2315–2372. Bibcode : 2017MolPh.115.2315M . doi : 10.1080/00268976.2017.1333644 . ISSN 0026-8976 .
  21. ^   Y. Zhao & DG Truhlar (2006). "Densitet funktionell för spektroskopi: Inget självinteraktionsfel på lång räckvidd, bra prestanda för Rydberg- och laddningsöverföringstillstånd och bättre prestanda i genomsnitt än B3LYP för marktillstånd". Journal of Physical Chemistry A . 110 (49): 13126–13130. Bibcode : 2006JPCA..11013126Z . doi : 10.1021/jp066479k . PMID 17149824 .
  22. ^    Lin, Du-Sheng; Li, Guan-De; Mao, Shan-Ping & Chai, Jeng-Da (2013). "Långdistanskorrigerade hybriddensitetsfunktioner med förbättrade dispersionskorrigeringar". J. Chem. Theory Comput . 9 (1): 263–272. arXiv : 1211.0387 . doi : 10.1021/ct300715s . PMID 26589028 . S2CID 13494471 .
  23. ^ a b   Y. Zhao & GD Truhlar (2008). "Undersöka gränsen för noggrannhet för den globala hybridmetatäthetens funktion för huvudgruppstermokemi, kinetik och icke-kovalenta interaktioner". Journal of Chemical Theory and Computation . 4 (11): 1849–1868. doi : 10.1021/ct800246v . PMID 26620329 .
  24. ^ R. Peverati & DG Truhlar (2012). "M11-L: En lokal densitetsfunktion som ger förbättrad noggrannhet för elektroniska strukturberäkningar inom kemi och fysik" . Journal of Physical Chemistry Letters . 3 (1): 117–124. doi : 10.1021/jz201525m .
  25. ^ R. Peverati & DG Truhlar (2011). "Förbättra noggrannheten hos hybrid Meta-GGA-densitetsfunktioner genom intervallseparation" . Journal of Physical Chemistry Letters . 2 (21): 2810–2817. doi : 10.1021/jz201170d .
  26. ^    P. Verma; Y. Wang; S. Ghosh; X. He & GD Truhlar (2019). "Reviderad M11 Exchange-Correlation Functional för elektronisk excitationsenergi och marktillståndsegenskaper". Journal of Physical Chemistry A . 123 (13): 2966–2990. Bibcode : 2019JPCA..123.2966V . doi : 10.1021/acs.jpca.8b11499 . PMID 30707029 . S2CID 73431138 .
  27. ^   R. Peverati & DG Truhlar (2012). "Utbyte-korrelation funktionell med god noggrannhet för både strukturella och energiska egenskaper samtidigt som de bara beror på densiteten och dess gradient" . Journal of Chemical Theory and Computation . 8 (7): 2310–2319. doi : 10.1021/ct3002656 . PMID 26588964 .
  28. ^   R. Peverati & DG Truhlar (2012). "En förbättrad och brett noggrann lokal approximation av utbytes-korrelationsdensitetsfunktionen: MN12-L-funktionen för elektroniska strukturberäkningar i kemi och fysik". Fysikalisk kemi Kemisk fysik . 14 (38): 13171–13174. Bibcode : 2012PCCP...1413171P . doi : 10.1039/c2cp42025b . PMID 22910998 .
  29. ^   R. Peverati & DG Truhlar (2012). "Skärmutbytesdensitetsfunktioner med bred noggrannhet för kemi och fasta tillståndsfysik". Fysikalisk kemi Kemisk fysik . 14 (47): 16187–91. Bibcode : 2012PCCP...1416187P . doi : 10.1039/c2cp42576a . PMID 23132141 .
  30. ^    Yu, Haoyu S.; Han, Xiao; Li, Shaohong L. & Truhlar, Donald G. (2016). "MN15: En Kohn-Sham global-hybrid utbyte-korrelationstäthet funktionell med bred noggrannhet för multi-referens och singel-referenssystem och icke-kovalenta interaktioner" . Chem. Sci . 7 (8): 5032-5051. doi : 10.1039/C6SC00705H . PMC 6018516 . PMID 30155154 .
  31. ^   Yu, Haoyu S.; He, Xiao & Truhlar, Donald G. (2016). "MN15-L: En ny funktionell lokal utbyteskorrelation för funktionell teori för Kohn-Sham-densitet med bred noggrannhet för atomer, molekyler och fasta ämnen". J. Chem. Theory Comput . 12 (3): 1280–1293. doi : 10.1021/acs.jctc.5b01082 . PMID 26722866 .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Minnesota_functionals&oldid=1119158586 "