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 del funcional de densidad (DFT). Están desarrollados por el grupo de Donald Truhlar de la Universidad de Minnesota . Los funcionales de Minnesota están disponibles en una gran cantidad de programas informáticos de química cuántica populares y pueden usarse para cálculos tradicionales de química cuántica y física del estado sólido.

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. Los funcionales M yz se utilizan y prueban ampliamente en la comunidad de química cuántica . ^{[1] [2] [3] [4]}

Controversias

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

Un estudio de 2017 destacó lo que parecía ser el pobre desempeño de los funcionales de Minnesota en las densidades atómicas. ^[10] Otros posteriormente refutaron esta crítica, afirmando que centrarse únicamente en las densidades atómicas (incluidos los cationes altamente cargados y sin importancia química) es poco relevante para las aplicaciones reales de la teoría funcional de la densidad en la química computacional . Otro estudio encontró que este es el caso: para los funcionales de Minnesota, los errores en las densidades atómicas y en la energética están de hecho desacoplados, y los funcionales de Minnesota funcionan mejor para las densidades diatómicas que para las densidades atómicas. ^[11] El estudio concluye que las densidades atómicas no producen un juicio preciso sobre el desempeño de los funcionales de densidad. ^[11] También se ha demostrado que los funcionales de Minnesota reproducen las funciones de Fukui químicamente relevantes mejor que las densidades atómicas. ^[12]

Familia de funcionales

Minnesota 05

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

• M05: ^[13] Híbrido global funcional con 28% de intercambio de HF.
• M05-2X ^[14] Híbrido global funcional 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 sus compañeros de trabajo han informado sobre una función separada por rangos basada en la forma M05, ωM05-D, que incluye correcciones empíricas de dispersión atómica. ^[15]

Minnesota 06

La familia '06 representa una mejora general ^{[ cita necesaria ]} con respecto a la familia 05 y está compuesta por:

• M06-L: ^[16] Funcional local, 0% intercambio HF. Diseñado para ser rápido, bueno para metales de transición, inorgánicos y organometálicos.
• revM06-L: ^[17] Funcional local, 0% intercambio HF. M06-L revisado para curvas de energía potencial más suaves y precisión general mejorada.
• M06: ^[18] Híbrido global funcional con 27% de intercambio de HF. Destinado a termoquímica de grupos principales e interacciones no covalentes, termoquímica de metales de transición y organometálicos. Suele ser el más versátil de los 06 funcionales ^{[ cita necesaria ]} 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 la termoquímica y la cinética.
• revM06: ^[19] Híbrido global funcional con 40,4% de intercambio de HF. Diseñado para una amplia gama de aplicaciones en química de grupos principales, química de metales de transición y predicción de estructuras moleculares para reemplazar M06 y M06-2X.
• M06-2X: ^[18] Híbrido global funcional con 54% de intercambio de HF. Tiene el mejor desempeño dentro de los 06 funcionales para la termoquímica del grupo principal, la cinética y las interacciones no covalentes, ^[20] sin embargo, no se puede usar en casos donde están o podrían estar involucradas especies de referencia múltiple, ^[20] como la termoquímica de metales de transición. y organometálicos.
• M06-HF: ^[21] Híbrido global funcional con intercambio 100% HF. Destinado a la transferencia de carga TD-DFT y sistemas donde la autointeracción es patológica.

Los funcionales M06 y M06-2X introducen 35 y 32 parámetros optimizados empíricamente, respectivamente, en el funcional de correlación de intercambio. ^[18] Chai y sus compañeros de trabajo han informado sobre una función separada por rangos basada en la forma M06, ωM06-D3, que incluye correcciones empíricas de dispersión atómica. ^[22]

Minnesota 08

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

• M08-HX: ^[23] Híbrido global funcional con 52,23% de intercambio de HF. Destinado a termoquímica de grupos principales, cinética e interacciones no covalentes.
• M08-SO: ^[23] Híbrido global funcional con 56,79% de intercambio de HF. Destinado a termoquímica de grupos principales, cinética e interacciones no covalentes.

Minnesota 11

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

• M11-L: ^[24] Funcional local (0% intercambio HF) con intercambio DFT de doble rango. Diseñado para ser rápido, bueno para metales de transición, interacciones inorgánicas, organometálicas y no covalentes, y mejorar mucho con respecto a M06-L.
• M11: ^[25] Híbrido de rango separado funcional con 42,8% de intercambio de HF en el corto alcance y 100% en el largo alcance. Diseñado para termoquímica de grupo principal, cinética e interacciones no covalentes, con un rendimiento previsto comparable al de M06-2X, y para aplicaciones TD-DFT, con un rendimiento previsto comparable al de M06-HF.
• revM11: ^[26] Híbrido de rango separado funcional con 22,5% de intercambio de HF en el corto alcance y 100% en el largo alcance. Destinado a un buen rendimiento para excitaciones electrónicas y buenas predicciones en todos los ámbitos para las propiedades del estado fundamental.

minnesota 12

La familia 12 utiliza una forma funcional no separable ^[27] (N en MN) con el objetivo de proporcionar un rendimiento equilibrado tanto para aplicaciones de química como de física del estado sólido. Está compuesto por:

• MN12-L: ^[28] Un intercambio de HF 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: ^[29] Híbrido de intercambio filtrado (SX) funcional con 25 % de intercambio de HF en el corto alcance y 0 % de intercambio de HF en el largo alcance. Se pretendía que MN12-L fuera muy versátil y proporcionara 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

Los 15 funcionarios son la incorporación más reciente 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 rangos: MN15 es un híbrido global como en las familias anteriores a 11. La familia 15 consta de dos funcionales.

• MN15, ^[30] un híbrido global con un 44% de intercambio de HF.
• MN15-L, ^[31] un funcional local con 0% de intercambio de HF.

Software Principal con Implementación de los Funcionales de Minnesota

* Usando LibXC.

Referencias

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enlaces externos

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