Funcionales de Minnesota

Métodos DFT desarrollados por el grupo de investigación de Donald Truhlar

Los Funcionales de Minnesota (M yz ) son un grupo de funcionales de energía de correlación - intercambio aproximados altamente parametrizados en la teoría de la función de densidad (DFT). Son desarrollados por el grupo del Prof. Donald Truhlar de la Universidad de Minnesota . Estos funcionales se basan en la aproximación meta-GGA , es decir, incluyen términos que dependen de la densidad de energía cinética, y todos se basan en formas funcionales complicadas parametrizadas en bases de datos de referencia de alta calidad. Estos funcionales se pueden utilizar para cálculos tradicionales de química cuántica y física del estado sólido. El M yzlos funcionales son ampliamente utilizados y probados en la comunidad de la química cuántica . ^{[1] [2] [3] [4]}

Sin embargo, evaluaciones independientes de las fortalezas y limitaciones de los funcionales de Minnesota con respecto a varias propiedades químicas han arrojado dudas sobre la precisión de los funcionales de Minnesota. ^{[5] [6] [7] [8] [9]} Algunos consideran que esta crítica es injusta. En este punto de vista, debido a que los funcionales de Minnesota apuntan a una descripción equilibrada de la química del grupo principal y de los metales de transición, los estudios que evalúan los funcionales de Minnesota se basan únicamente en el rendimiento de las bases de datos del grupo principal ^{[5] [6] [7] [8 ]} producen información sesgada, ya que las funciones que funcionan bien para la química del grupo principal pueden fallar para la química de los metales de transición.

Un estudio en 2017 destacó el bajo desempeño de los funcionales de Minnesota en densidades atómicas. ^[10] Algunos otros han refutado esta crítica alegando que centrarse solo en las densidades atómicas (incluidos los cationes químicamente poco importantes y altamente cargados) es poco relevante para las aplicaciones reales de la teoría funcional de la densidad en la química computacional. Un estudio reciente ha descubierto que este es el caso: para los funcionales de Minnesota (que son muy populares en química computacional para calcular cantidades relacionadas con la energía), los errores en las densidades atómicas y en la energía están de hecho desacoplados, y los funcionales de Minnesota funcionan mejor para los diatómicos. densidades que para las densidades atómicas. ^[11] El estudio ^[11]llega a la conclusión de que las densidades atómicas no producen un juicio preciso del rendimiento de los funcionales de densidad. También se ha demostrado que los funcionales de Minnesota reproducen las funciones de Fukui químicamente relevantes mejor que las densidades atómicas. ^[12]

Los funcionales de Minnesota están disponibles en una gran cantidad de programas informáticos de química cuántica populares .

Familia de funcionales

Minnesota 05

La primera familia de funcionales de Minnesota, publicada en 2005, está compuesta por:

• M05: ^[13] Funcional híbrido global con 28% de intercambio de HF.
• M05-2X ^[14] Funcional híbrido global con 56% de intercambio de HF.

Además de la fracción de intercambio de HF, la familia de funcionales M05 incluye 22 parámetros empíricos adicionales. ^[14] Chai y colaboradores han informado de un funcional separado por rango basado en la forma M05, ωM05-D, que incluye correcciones empíricas de la dispersión atómica. ^[15]

Minnesota 06

La familia '06 representa una mejora general ^{[ cita requerida ]} sobre la familia 05 y está compuesta por:

• M06-L: ^[16] Funcional local, intercambio de HF al 0%. Destinado a ser rápido, bueno para metales de transición, inorgánicos y organometálicos.
• revM06-L: ^[17] Funcional local, intercambio de HF al 0%. M06-L revisado para curvas de energía potencial más suaves y precisión general mejorada.
• M06: ^[18] Funcional híbrido global con 27% de intercambio de HF. Destinado a termoquímica de grupo principal e interacciones no covalentes, termoquímica de metales de transición y organometálicos. Por lo general, es el más versátil de los funcionales 06 ^{[ cita requerida ]} , y debido a esta gran aplicabilidad, puede ser ligeramente peor que M06-2X para propiedades específicas que requieren un alto porcentaje de intercambio de HF, como termoquímica y cinética.
• M06-2X: ^[18] Funcional híbrido global con 54% de intercambio de HF. Tiene el mejor desempeño dentro de las funciones 06 para termoquímica, cinética e interacciones no covalentes del grupo principal, ^[19] sin embargo, no se puede usar para casos en los que están o podrían estar involucradas especies de referencias múltiples, ^[19] como la termoquímica de metales de transición y organometálicos.
• M06-HF: ^[20] Funcional híbrido global con intercambio de HF al 100%. Destinado para transferencia de carga TD-DFT y sistemas donde la auto-interacción es patológica.

Las funciones M06 y M06-2X introducen 35 y 32 parámetros optimizados empíricamente, respectivamente, en la función de correlación de intercambio. ^[18] Chai y sus colaboradores han informado de un funcional separado por rango basado en la forma M06, ωM06-D3, que incluye correcciones empíricas de la dispersión atómica. ^[21]

Minnesota 08

La familia '08 se creó con la intención principal de mejorar la forma funcional M06-2X, conservando los rendimientos para la termoquímica, cinética e interacciones no covalentes del grupo principal. Esta familia está compuesta por dos funcionales con un alto porcentaje de intercambio de HF, con rendimientos similares a los de M06-2X ^{[ cita requerida ]} :

• M08-HX: ^[22] Funcional híbrido global con 52,23% de intercambio de HF. Destinado a la termoquímica del grupo principal, la cinética y las interacciones no covalentes.
• M08-SO: ^[22] Funcional híbrido global con 56,79% de intercambio de HF. Destinado a la termoquímica del grupo principal, la cinética y las interacciones no covalentes.

Minnesota 11

La familia '11 introduce la separación de rango en las funciones de Minnesota y modificaciones en la forma funcional y en las bases de datos de entrenamiento. Estas modificaciones también reducen el número de funciones en una familia completa de 4 (M06-L, M06, M06-2X y M06-HF) a solo 2:

• M11-L: ^[23] Funcional local (0% intercambio HF) con intercambio DFT de doble rango. Tiene la intención de ser rápido, bueno para metales de transición, interacciones inorgánicas, organometálicas y no covalentes, y para mejorar mucho con respecto al M06-L.
• M11: ^[24] Funcional híbrido separado por rango con 42,8% de intercambio de HF en el corto alcance y 100% en el largo alcance. Diseñado para termoquímica, cinética e interacciones no covalentes del grupo principal, con un rendimiento previsto comparable al de M06-2X, y para aplicaciones TD-DFT, con un rendimiento previsto comparable al M06-HF.

Minnesota 12

La familia 12 utiliza una forma funcional no separable ^[25] (N en MN) con el objetivo de proporcionar un rendimiento equilibrado tanto para aplicaciones químicas como de física de estado sólido. Está compuesto por:

• MN12-L: ^[26] Un intercambio de HF al 0% funcional local. El objetivo del funcional era ser muy versátil y proporcionar un buen rendimiento computacional y precisión para problemas energéticos y estructurales tanto en química como en física del estado sólido.
• MN12-SX: ^[27] Funcional híbrido de intercambio apantallado (SX) con un 25% de intercambio de HF en el corto alcance y un 0% de intercambio de HF en el largo alcance. El MN12-L estaba destinado a ser muy versátil y proporcionar un buen rendimiento para problemas energéticos y estructurales tanto en química como en física del estado sólido, a un costo computacional intermedio entre los funcionales híbridos locales y globales.

Minnesota 15

La familia 15 es la más reciente incorporación a la familia de Minnesota. Al igual que la familia 12, los funcionales se basan en una forma no separable, pero a diferencia de las familias 11 o 12, el funcional híbrido no usa separación de rango: M15 es un híbrido global como en las familias anteriores a 11. La familia 15 consta de dos funcionales

• MN15, ^[28] un híbrido global con 44% de intercambio de HF.
• MN15-L, ^[29] un funcional local con 0% de intercambio de HF.

Software principal con implementación de las funciones de Minnesota

Paquete	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	Sí*	Sí*	sí	No	sí	sí	sí	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*
CPMD	sí	sí	sí	No	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	No	No	No	No
JUEGOS (EE. UU.)	sí	sí	sí	No	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí
Gaussiano 16	sí	sí	sí	No	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí
Jaguar	sí	sí	sí	No	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	No	sí	sí
Libxc Abinit ADF MONO Kit de herramientas Atomistix AtomPAW BigDFT Castep CP2K DP Alce ERKALE excitante GPAW JDFTx MOLGW Pulpo Yambo	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí
MOLCAS	sí	sí	sí	No	sí	sí	sí	sí	sí	No	No	No	No	No	No
MOLPRO	sí	sí	sí	No	sí	sí	sí	sí	sí	sí	No	No	No	No	No
NWChem	sí	sí	sí	No	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	No	No	No	No
Orca	Sí*	Sí*	sí	Sí*	sí	sí	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*
PSI4	Sí*	Sí*	Sí*	No	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*
Q-Chem espartano	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí	sí
Quantum ESPRESSO	No	No	sí	No	No	No	No	No	No	No	No	No	No	No	No
TURBOMOLE usando XCFun	Sí*	Sí*	sí	Sí*	sí	sí	sí	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*	Sí*
VASP	No	No	sí	No	No	No	No	No	No	No	No	No	No	No	No

* Usando LibXC.

Referencias

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enlaces externos

• El Grupo Truhlar
• Bases de datos de Minnesota para la química y la física
• El artículo de revisión más reciente sobre el desempeño de los funcionales de Minnesota