WikiDer > Функционалы Миннесоты

Minnesota functionals

Миннесота Функционал (Myz) представляют собой группу сильно параметризованных приближенных обмен-корреляция энергия функционалы в теория функционала плотности (ДПФ). Они разработаны группой проф. Дональд Трухлар на Университет МиннесотыЭти функционалы основаны на приближение мета-GGA, т.е. они включают термины, которые зависят от плотности кинетической энергии, и все они основаны на сложных функциональных формах, параметризованных в высококачественных базах данных эталонных тестов. Эти функционалы могут использоваться для традиционных квантовая химия и расчеты по физике твердого тела. Ихyz функционалы широко используются и тестируются в квантовая химия сообщество.[1][2][3][4]

Однако независимые оценки сильных и слабых сторон функционалов Миннесоты в отношении различных химических свойств поставили под сомнение точность функционалов Миннесоты.[5][6][7][8][9] Некоторые считают эту критику несправедливой. С этой точки зрения, поскольку функционалы Миннесоты стремятся к сбалансированному описанию химии как основных групп, так и переходных металлов, исследования, оценивающие функционалы Миннесоты, основаны исключительно на характеристиках баз данных основных групп[5][6][7][8] дают предвзятую информацию, поскольку функционалы, которые хорошо работают в химии основных групп, могут не работать в химии переходных металлов.

Исследование, проведенное в 2017 году, выявило низкую производительность функционалов Миннесоты по атомной плотности.[10] Некоторые другие опровергли эту критику, заявив, что сосредоточение внимания только на атомных плотностях (включая химически незначительные, сильно заряженные катионы) вряд ли уместно для реальных приложений теории функционала плотности в вычислительной химии. Недавнее исследование показало, что это так: для функционалов из Миннесоты (которые очень популярны в вычислительной химии для вычисления величин, связанных с энергией) ошибки в атомных плотностях и в энергетике действительно разделены, и функционалы из Миннесоты работают лучше для двухатомных плотностей, чем для атомных плотностей.[11] Изучение[11] приходит к выводу, что атомные плотности не дают точного суждения о работе функционалов плотности. Также было показано, что функционалы из Миннесоты лучше воспроизводят химически релевантные функции Фукуи, чем атомные плотности.[12]

Функционалы Миннесоты доступны в большом количестве популярных компьютерные программы по квантовой химии.

Семейство функционалов

Миннесота 05

Первое семейство функционеров Миннесоты, опубликованное в 2005 году, состоит из:

  • M05:[13] Глобальный гибридный функционал с 28% обменом HF.
  • M05-2X[14] Глобальный гибридный функционал с 56% HF обменом.

Помимо доли HF-обмена, семейство функционалов M05 включает 22 дополнительных эмпирических параметра.[14] Функционал с разделением по диапазонам, основанный на форме M05, ωM05-D, который включает эмпирические поправки на атомную дисперсию, был описан Чай с соавторами.[15]

Миннесота 06

Семейство '06 представляет собой общее улучшение[нужна цитата] над семьей 05 и состоит из:

  • M06-L:[16] Локальный функционал, ВЧ обмен 0%. Предназначен для быстрого действия, подходит для переходных металлов, неорганических и металлоорганических соединений.
  • revM06-L:[17] Локальный функционал, ВЧ обмен 0%. M06-L переработан для получения более гладких кривых потенциальной энергии и повышения общей точности.
  • M06:[18] Глобальный гибридный функционал с обменом HF 27%. Предназначен для термохимии основных групп и нековалентных взаимодействий, термохимии переходных металлов и металлоорганических соединений. Обычно это самый универсальный из функционалов 06.[нужна цитата], и из-за такой широкой применимости он может быть немного хуже, чем M06-2X, по определенным свойствам, требующим высокого процента обмена HF, таким как термохимия и кинетика.
  • M06-2X:[18] Глобальный гибридный функционал с 54% обменом HF. Он является лидером среди функционалов 06 для термохимии, кинетики и нековалентных взаимодействий основной группы.[19], однако его нельзя использовать в случаях, когда имеются или могут быть задействованы многократные эталонные виды.[19], такие как термохимия переходных металлов и металлоорганические соединения.
  • M06-HF:[20] Глобальный гибридный функционал со 100% обменом HF. Предназначен для передачи заряда TD-DFT и систем, в которых самовзаимодействие является патологическим.

Функционалы M06 и M06-2X вводят 35 и 32 эмпирически оптимизированных параметра, соответственно, в функционал корреляции обмена.[18] Функционал с разделением по диапазонам, основанный на форме M06, ωM06-D3, который включает эмпирические поправки на атомную дисперсию, был описан Чай и соавторами.[21]

Миннесота 08

Семейство '08 было создано с основной целью улучшить функциональную форму M06-2X, сохранив характеристики для термохимии основной группы, кинетики и нековалентных взаимодействий. Это семейство состоит из двух функционалов с высоким процентом ВЧ-обмена, с характеристиками, аналогичными M06-2X.[нужна цитата]:

  • M08-HX:[22] Глобальный гибридный функционал с обменом ВЧ 52,23%. Предназначен для основных групп термохимии, кинетики и нековалентных взаимодействий.
  • M08-SO:[22] Глобальный гибридный функционал с обменом HF 56,79%. Предназначен для основных групп термохимии, кинетики и нековалентных взаимодействий.

Миннесота 11

Семейство '11 вводит разделение диапазонов в функционалах Миннесоты и модификации в функциональной форме и в обучающих базах данных. Эти модификации также сократили количество функционалов в полном семействе с 4 (M06-L, M06, M06-2X и M06-HF) до 2:

  • M11-L:[23] Локальный функционал (обмен 0% HF) с двухдиапазонным обменом DFT. Предназначен, чтобы быть быстрым, подходящим для переходных металлов, неорганических, металлоорганических и нековалентных взаимодействий, а также для значительного улучшения по сравнению с M06-L.
  • M11:[24] Гибридный функционал с разделением по диапазонам с обменом HF 42,8% в ближнем и 100% в дальнем. Предназначен для термохимии основной группы, кинетики и нековалентных взаимодействий, с предполагаемой производительностью, сопоставимой с таковой M06-2X, и для приложений TD-DFT, с предполагаемой производительностью, сравнимой с M06-HF.

Миннесота 12

В семействе 12 используется неразрывная[25] (N в MN) функциональная форма, предназначенная для обеспечения сбалансированной производительности как для химии, так и для физики твердого тела. В его состав входят:

  • МН12-Л:[26] Локальный функционал, ВЧ обмен 0%. Задача функционала заключалась в том, чтобы быть очень универсальным и обеспечивать хорошие вычислительные характеристики и точность для энергетических и структурных задач как в химии, так и в физике твердого тела.
  • MN12-SX:[27] Функциональный гибрид с экранированным обменом (SX) с 25% -ным обменом HF в ближнем и 0% HF-обменом в дальнем. MN12-L должен был быть очень универсальным и обеспечивать хорошие характеристики для решения энергетических и структурных проблем как в химии, так и в физике твердого тела, при вычислительных затратах, которые являются промежуточными между локальными и глобальными гибридными функционалами.

Миннесота 15

Семья 15 - новейшее пополнение в семье Миннесоты. Подобно семейству 12, функционалы основаны на неотделимой форме, но в отличие от семейств 11 или 12 гибридный функционал не использует разделение диапазонов: M15 - это глобальный гибрид, как и в семействах до 11. Семейство 15 состоит из двух функционалов

  • MN15,[28] глобальный гибрид с 44% ВЧ обменом.
  • МН15-Л,[29] локальный функционал с 0% ВЧ обменом.

Основное программное обеспечение с реализацией функционала Миннесоты

УпаковкаM05M05-2XM06-LrevM06-LM06M06-2XM06-HFM08-HXM08-SOM11-LM11MN12-LMN12-SXMN15MN15-L
АПДДа*Да*даНетдададаДа*Да*Да*Да*Да*Да*Да*Да*
CPMDдададаНетдададададададаНетНетНетНет
GAMESS (США)дададаНетдадададададададададада
Гауссов 16дададаНетдадададададададададада
ЯгуардададаНетдадададададададаНетдада
Libxcдадададададададададададададада
МОЛКАСдададаНетдададададаНетНетНетНетНетНет
MOLPROдададаНетдадададададаНетНетНетНетНет
NWChemдададаНетдададададададаНетНетНетНет
OrcaНетНетдаНетдадаНетНетНетНетНетНетНетНетНет
PSI4Да*Да*Да*НетДа*Да*Да*Да*Да*Да*Да*Да*Да*Да*Да*
Q-Chemдадададададададададададададада
Квантовый ЭСПРЕССОНетНетдаНетНетНетНетНетНетНетНетНетНетНетНет
ТУРБОМОЛЬДа*Да*даДа*дададаДа*Да*Да*Да*Да*Да*Да*Да*
ВАСПНетНетдаНетНетНетНетНетНетНетНетНетНетНетНет

* Используя LibXC.

Рекомендации

  1. ^ А.Дж. Коэн, П. Мори-Санчес и В. Ян (2012). «Проблемы теории функций плотности». Химические обзоры. 112 (1): 289–320. Дои:10.1021 / cr200107z. PMID 22191548.
  2. ^ НАПРИМЕР. Хохенштейн, С. Chill & C.D. Шерилл (2008). «Оценка эффективности обменно-корреляционных функционалов M05-2X и M06-2X для нековалентных взаимодействий в биомолекулах». Журнал химической теории и вычислений. 4 (12): 1996–2000. Дои:10.1021 / ct800308k. PMID 26620472.
  3. ^ К.Э. Райли; M Pitoák; П. Юречка; П. Хобза (2010). «Стабилизация и расчеты структуры нековалентных взаимодействий в протяженных молекулярных системах на основе волновой функции и теории функций плотности». Химические обзоры. 110 (9): 5023–63. Дои:10.1021 / cr1000173. PMID 20486691.
  4. ^ Л. Ферриги; Ю. Пан; Х. Грёнбек; Б. Хаммер (2012). «Исследование самоорганизующихся монослоев алкилтиолата на Au (111) с использованием полукокального функционала плотности мета-GGA». Журнал физической химии. 116 (13): 7374–7379. Дои:10.1021 / jp210869r.
  5. ^ а б Н. Мардиросян; М. Хед-Гордон (2013). "Описание и понимание удивительно медленной сходимости базисного набора нескольких функционалов плотности Миннесоты для энергий межмолекулярного взаимодействия". Журнал химической теории и вычислений. 9 (10): 4453–4461. Дои:10.1021 / ct400660j. PMID 26589163.
  6. ^ а б Л. Геригк (2015). "Обработка эффектов лондонской дисперсии с помощью новейших функционалов плотности Миннесоты: проблемы и возможные решения". Письма в журнале физической химии. 6 (19): 3891–3896. Дои:10.1021 / acs.jpclett.5b01591. HDL:11343/209007. PMID 26722889.
  7. ^ а б Н. Мардиросян; М. Хед-Гордон (2016). «Насколько точны функционалы плотности Миннесоты для нековалентных взаимодействий, энергий изомеризации, термохимии и высоты барьера с участием молекул, состоящих из элементов основной группы?». Журнал химической теории и вычислений. 12 (9): 4303–4325. Дои:10.1021 / acs.jctc.6b00637. PMID 27537680.
  8. ^ а б Тейлор, ДеКарлос Э .; Ángyán, János G .; Галли, Джулия; Чжан, Цуй; Гиги, Франсуа; Хирао, Кимихико; Сон, Чон Вон; Рахул, Кар; Анатоль фон Лилиенфельд, О. (23.09.2016). «Слепая проверка методов, основанных на функционале плотности, на энергиях межмолекулярного взаимодействия». Журнал химической физики. 145 (12): 124105. Bibcode:2016ЖЧФ.145л4105Т. Дои:10.1063/1.4961095. HDL:1911/94780. ISSN 0021-9606. PMID 27782652.
  9. ^ Кепп, Каспер П. (2017-03-09). «Функционал сравнительной плотности для химических облигаций золота». Журнал физической химии A. 121 (9): 2022–2034. Bibcode:2017JPCA..121.2022K. Дои:10.1021 / acs.jpca.6b12086. ISSN 1089-5639. PMID 28211697.
  10. ^ Медведев Михаил Г .; Бушмаринов, Иван С .; Сунь, Цзяньвэй; Пердью, Джон П .; Лысенко, Константин А. (2017-01-06). «Теория функций плотности отклоняется от пути к точному функционалу». Наука. 355 (6320): 49–52. Bibcode:2017Научный ... 355 ... 49M. Дои:10.1126 / science.aah5975. ISSN 0036-8075. PMID 28059761.
  11. ^ а б Brorsen, Kurt R .; Ян, Ян; Пак, Майкл В .; Хаммес-Шиффер, Шарон (2017). «Коррелирована ли точность функциональной теории плотности для энергий и плотностей атомизации в областях связи?». J. Phys. Chem. Латыш. 8 (9): 2076–2081. Дои:10.1021 / acs.jpclett.7b00774. PMID 28421759.
  12. ^ Гулд, Тим (2017). «Что делает функциональное приближение плотности хорошим? Выводы из левой функции Фукуи». J. Chem. Теория вычислений. 13 (6): 2373–2377. Дои:10.1021 / acs.jctc.7b00231. HDL:10072/348655. PMID 28493684.
  13. ^ Ю. Чжао, Н.Э. Шульц и Д. Трухлар (2005). «Обменно-корреляционный функционал с широкой точностью для металлических и неметаллических соединений, кинетики и нековалентных взаимодействий». Журнал химической физики. 123 (16): 161103. Bibcode:2005ЖЧФ.123п1103З. Дои:10.1063/1.2126975. PMID 16268672.
  14. ^ а б Ю. Чжао, Н.Э. Шульц и Д. Трухлар (2006). "Дизайн функционалов плотности путем комбинирования метода ограничения ограничений с параметризацией для термохимии, термохимической кинетики и нековалентных взаимодействий". Журнал химической теории и вычислений. 2 (2): 364–382. Дои:10.1021 / ct0502763. PMID 26626525.
  15. ^ Линь Ю-Шэн; Цай, Чен-Вэй; Ли, Гуань-Де и Чай, Дженг-Да (2012). «Скорректированные на большие расстояния гибридные приближения метаобобщенного градиента с поправками на дисперсию». Журнал химической физики. 136 (15): 154109. arXiv:1201.1715. Bibcode:2012ЖЧФ.136о4109Л. Дои:10.1063/1.4704370. PMID 22519317.
  16. ^ Ю. Чжао и Д.Г. Трухлар (2006). «Новый функционал локальной плотности для термохимии основных групп, связывания переходных металлов, термохимической кинетики и нековалентных взаимодействий». Журнал химической физики. 125 (19): 194101. Bibcode:2006ЖЧФ.125с4101З. CiteSeerX 10.1.1.186.6548. Дои:10.1063/1.2370993. PMID 17129083.
  17. ^ Инь Ван; Синьшэн Цзинь; Haoyu S. Yu; Дональд Г. Трухлар и Сяо Хеа (2017). «Обновленный функционал M06-L для повышения точности определения высоты барьера химических реакций, нековалентных взаимодействий и физики твердого тела». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 114 (32): 8487–8492. Bibcode:2017PNAS..114.8487W. Дои:10.1073 / pnas.1705670114. ЧВК 5559035. PMID 28739954.
  18. ^ а б c Ю. Чжао и Д.Г. Трухлар (2006). «Набор функционалов плотности M06 для термохимии основной группы, термохимической кинетики, нековалентных взаимодействий, возбужденных состояний и переходных элементов: два новых функционала и систематическое тестирование четырех функционалов класса M06 и 12 других функционалов». Theor Chem Acc. 120 (1–3): 215–241. Дои:10.1007 / s00214-007-0310-х.
  19. ^ а б Мардиросян, Нарбе; Хед-Гордон, Мартин (2017-10-02). «Тридцать лет теории функционала плотности в вычислительной химии: обзор и обширная оценка 200 функционалов плотности». Молекулярная физика. 115 (19): 2315–2372. Дои:10.1080/00268976.2017.1333644. ISSN 0026-8976.
  20. ^ Ю. Чжао и Д.Г. Трухлар (2006). «Функционал плотности для спектроскопии: отсутствие ошибки дальнодействующего самовзаимодействия, хорошая производительность для состояний Ридберга и передачи заряда, и лучшая производительность в среднем, чем у B3LYP для основных состояний». Журнал физической химии А. 110 (49): 13126–13130. Bibcode:2006JPCA..11013126Z. Дои:10.1021 / jp066479k. PMID 17149824.
  21. ^ Линь Ю-Шэн; Ли, Гуань-Де; Мао, Шан-Пин и Чай, Дженг-Да (2013). «Скорректированные на большие расстояния гибридные функции плотности с улучшенными поправками на дисперсию». J. Chem. Теория вычислений. 9 (1): 263–272. arXiv:1211.0387. Дои:10.1021 / ct300715s. PMID 26589028.
  22. ^ а б Ю. Чжао и Д.Г. Трухлар (2008). «Исследование предела точности глобального гибридного функционала плотности мета-плотности для термохимии, кинетики и нековалентных взаимодействий основных групп». Журнал химической теории и вычислений. 4 (11): 1849–1868. Дои:10.1021 / ct800246v. PMID 26620329.
  23. ^ Р. Певерати и Д.Г. Трухлар (2012). «M11-L: Функционал локальной плотности, обеспечивающий повышенную точность для расчетов электронной структуры в химии и физике». Письма в журнале физической химии. 3 (1): 117–124. Дои:10.1021 / jz201525m.
  24. ^ Р. Певерати и Д.Г. Трухлар (2011). «Повышение точности гибридных функционалов плотности Meta-GGA путем разделения диапазонов». Письма в журнале физической химии. 2 (21): 2810–2817. Дои:10.1021 / jz201170d.
  25. ^ Р. Певерати и Д.Г. Трухлар (2012). «Обменно-корреляционный функционал с хорошей точностью как структурных, так и энергетических свойств, зависящий только от плотности и ее градиента». Журнал химической теории и вычислений. 8 (7): 2310–2319. Дои:10.1021 / ct3002656. PMID 26588964.
  26. ^ Р. Певерати и Д.Г. Трухлар (2012). «Улучшенное и широко точное локальное приближение к функционалу обменно-корреляционной плотности: функционал MN12-L для расчетов электронной структуры в химии и физике». Физическая химия Химическая физика. 14 (38): 13171–13174. Bibcode:2012PCCP ... 1413171P. Дои:10.1039 / c2cp42025b. PMID 22910998.
  27. ^ Р. Певерати и Д.Г. Трухлар (2012). «Функционалы плотности экранированного обмена с широкой точностью для химии и физики твердого тела». Физическая химия Химическая физика. 14 (47): 16187–91. Bibcode:2012PCCP ... 1416187P. Дои:10.1039 / c2cp42576a. PMID 23132141.
  28. ^ Yu, Haoyu S .; Он, Сяо; Ли, Шаохун Л. и Трухлар, Дональд Г. (2016). «MN15: глобально-гибридный обменно-корреляционный функционал плотности Кона – Шэма с широкой точностью для систем с несколькими и одним эталоном и нековалентных взаимодействий». Chem. Наука. 7 (8): 5032–5051. Дои:10.1039 / C6SC00705H. ЧВК 6018516. PMID 30155154.
  29. ^ Yu, Haoyu S .; Он, Сяо и Трухлар, Дональд Г. (2016). «MN15-L: новый локальный обмен-корреляционный функционал для функциональной теории плотности Кона – Шама с широкой точностью для атомов, молекул и твердых тел». J. Chem. Теория вычислений. 12 (3): 1280–1293. Дои:10.1021 / acs.jctc.5b01082. PMID 26722866.

внешняя ссылка