Nonlocal correlation in density functional theory
Nelokální korelace v teorii funkcionálu hustoty
diploma thesis (DEFENDED)

View/ Open
Permanent link
http://hdl.handle.net/20.500.11956/52661Identifiers
Study Information System: 118279
Collections
- Kvalifikační práce [18908]
Author
Advisor
Consultant
Nachtigall, Petr
Referee
Fišer, Jiří
Faculty / Institute
Faculty of Science
Discipline
Modeling of Chemical Properties of Nano- and Biostructures
Department
Department of Physical and Macromolecular Chemistry
Date of defense
28. 5. 2013
Publisher
Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakultaLanguage
English
Grade
Excellent
Keywords (English)
vdW density functionals, nonlocal correlation, dispersion correctionsVan der Waalsovské (vdW) interakce, též disperzní síly, jsou klíčové v mnoha chemick- ých, fyzikálních a biologických procesech a přitahují pozornost mnoha vývojářů metod založených na teorii funkcionálu hustoty (DFT). Nejčastěji používaná neem- pirická DFT metoda pro popis vdW interakcí je vdW funkcionál hustoty Diona a kol. (vdW-DF). Navzdory jeho úspěchu, vdW-DF neposkytuje dostatečnou přesnost v mnoha chemických aplikacích. V této práci zkoumáme dva možné způsoby jak zlepšit přesnost vdW-DF. Za prvé, optimalizujeme jediný částečně volný parametr vdW-DF pro několik semi-lokálních funkcionálů. Na testovací S databázi je revPBE nejlepším kandidátem, s jehož použitím se chyba snižuje z . % na . %. Za druhé, představujeme systémově speci cké ale velmi přesné (∼ . kcal/mol) DFT korekční schéma, které lze použít k precizním výpočtům interakcí mezi adsorbentem a adsor- bátem. Schéma kombinuje vdW-DF a empirické korekční schéma DFT/CC. Tento nový přístup testujeme na malých molekulách (CH , CO , H , H O, N ) interagující s povrchem křemenu a s lamelou zeolitu UTL. Vysoká přesnost našeho schématu a relativní snadnost jeho použití ve srovnání se starším DFT/CC schématem nabízejí přímočaré řešení pro získání spolehlivých předpovědí adsorpčních energií.
e van der Waals (vdW) interactions, or dispersion forces, are crucial in many chem- ical, physical and biological processes and received much attention from developers of density functional theory (DFT) methods. e most popular non-empirical DFT method for treating vdW interactions is the vdW density functional by Dion et al. (vdW-DF). Despite its success, vdW-DF is not accurate enough for many chemical applications. Here, we investigate two possible ways how to improve its accuracy. First, we reoptimize the only weakly speci ed parameter of vdW-DF for several semi-local functionals. On the S benchmark database set, we nd that revPBE is the best performer, decreasing the error from . % to . %. Second, a system-speci c but very accurate (∼ . kcal/mol) DFT correction scheme is proposed for precise calcula- tions of adsorbent−adsorbate interactions by combining vdW-DF and the empirical DFT/CC correction scheme. e new approach is applied to small molecules (CH , CO , H , H O, N ) interacting with a quartz surface and a lamella of UTL zeolite. e very high accuracy of the new scheme and its relatively easy use and numerical stability compared to the earlier DFT/CC scheme o er a straightforward solution for obtaining reliable predictions of adsorption energies.