Studium nekovalentních interakcí v molekulárních klastrech metodami ab initio

Bc. Roman FANTA

Master's thesis

Ab initio Studies of Noncovalent Interactions in Molecular Clusters

Abstract:

Prvním z cílů této práce je získání referenčních nekovalentních interakčních energií pro vybranou sadu 16 komplexů, která vznikla odvozením z HCN-dimeru substitucí prvku C za Si a/nebo N za P, takže se zachoval stejný počet valenčních elektronů. Dalším cílem jsou výpočty mír nedynamické korelace. Všechny získané výsledky budou v budoucnu sloužit při zlepšení metody Fixed-Node Diffusion Monte Carlo (FN-DMC). Pro výpočty interakčních energií bylo využito velmi přesné metody spřažených klastrů na úrovni CCSD(T) s extrapolací do úplné báze. Byly získány interakční energie pro 16 komplexů s optimalizovanými i neoptimalizovanými geometriemi. Důležitým důsledkem uvedené substituční metody je, že u optimalizovaných komplexů uvedené sady byla zjištěná plynulá změna interakční energie v rozsahu od ?6,49 kcal/mol po ?0,25 kcal/mol. Dále byly získány míry nedynamické korelace definované jako vzdálenost vektoru okupačních čísel přirozených orbitalů (NOON) pro jeden Slaterův determinant a referenčního řešení v NOON vektorovém prostoru. Rozdíly těchto vzdálenosti diagnostikují míru nadhodnocení nebo podhodnocení rozdílu celkové energie pro systém a jeho neinteragující části u FN-DMC s jedním determinantem, a tudíž mohou být využity pro kvalitativní posouzení vhodnosti použití jednoho determinantu jako zkušební vlnové funkce pro metodu FN-DMC.

Abstract:

The first objective of this work is to obtain the reference noncovalent interaction energies for a selected set of 16 complexes derived from the HCN-dimer by substituting element C for Si and/or N for P so that the same number of valence electrons is maintained. Another aim is to calculate non-dynamic correlation measure. All obtained results will be used to improve the Fixed-Node Diffusion Monte Carlo (FN-DMC) method in future. Interaction energies were obtained by the high-level coupled cluster CCSD(T) method combined with the extrapolation to the complete basis set limit. Interaction energies were obtained for 16 complexes with the op- timized and unoptimized geometries. An important consequence of the employed substitution method is that the optimized complexes feature gradual change of the interaction energy ranging from ?6.49 kcal/mol to ?0.25 kcal/mol. Furthermore, measures of non-dynamic correlation were obtained, defined as distance between the natural orbital occupation number (NOON) vector for one Slater determinant and the reference solution in the NOON vector space. Differences of such distances may diagnose overestimation or underestimation of the total energy differences between the system and its non-interacting counterparts in single-determinant FN-DMC, and therefore, they may be used for qualitative assessment of the suitability of single determinant FN-DMC trial wave functions.

Keywords

Metoda vázaných klastrů, okupační čísla přirozených orbitalů, nedynamická korelace, interakční energie, nekovalentní interakce

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 4. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 6. 6. 2018
• Supervisor: Ing. Matúš Dubecký, PhD.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Fy-Ma 2o zss