We investigate a recently developed approach [P. L. Silvestrelli, Phys. Rev. Lett.100, 053002 (2008)

; J. Phys. Chem. A113, 5224 (2009)] that uses maximally localized Wannier functions to evaluate the van der Waals contribution to the total energy of a system calculated with density-functional theory. We test it on a set of atomic and molecular dimers of increasing complexity (argon, methane, ethene, benzene, phthalocyanine, and copper phthalocyanine) and demonstrate that the method, as originally proposed, has a number of shortcomings that hamper its predictive power. In order to overcome these problems, we have developed and implemented a number of improvements to the method and show that these modifications give rise to calculated binding energies and equilibrium geometries that are in closer agreement to results of quantum-chemical coupled-cluster calculations.

1.
P. L.
Silvestrelli
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
053002
(
2008
).
2.
P. L.
Silvestrelli
,
J. Phys. Chem. A
113
,
5224
(
2009
).
3.
P.
Hohenberg
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev.
136
,
B864
(
1964
).
4.
W.
Kohn
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev.
140
,
A1133
(
1965
).
5.
E.
Zaremba
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev. B
13
,
2270
(
1976
).
6.
B. I.
Lundqvist
,
Y.
Andersson
,
H.
Shao
,
S.
Chan
, and
D. C.
Langreth
,
Int. J. Quantum Chem.
56
,
247
(
1995
).
7.
Y.
Andersson
,
D. C.
Langreth
, and
B. I.
Lundqvist
,
Phys. Rev. Lett.
76
,
102
(
1996
).
8.
J. F.
Dobson
and
B. P.
Dinte
,
Phys. Rev. Lett.
76
,
1780
(
1996
).
9.
W.
Kohn
,
Y.
Meir
, and
D. E.
Makarov
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
4153
(
1998
).
10.
J. F.
Dobson
and
J.
Wang
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
2123
(
1999
).
11.
H.
Rydberg
,
B. I.
Lundqvist
,
D. C.
Langreth
, and
M.
Dion
,
Phys. Rev. B
62
,
6997
(
2000
).
12.
M.
Dion
,
H.
Rydberg
,
E.
Schröder
,
D. C.
Langreth
, and
B. I.
Lundqvist
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
246401
(
2004
).
13.
A.
Tkatchenko
and
M.
Scheffler
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
073005
(
2009
).
14.
P. L.
Silvestrelli
,
Chem. Phys. Lett.
475
,
285
(
2009
).
15.
P. L.
Silvestrelli
,
F.
Toigo
, and
F.
Ancilotto
,
J. Phys. Chem. C
113
,
17124
(
2009
).
16.
F.
Costanzo
,
E.
Venuti
,
R. G.
Della Valle
,
A.
Brillante
, and
P. L.
Silvestrelli
,
J. Phys. Chem. C
114
,
20068
(
2010
).
17.
P. L.
Silvestrelli
,
K.
Benyahia
,
S.
Grubisiĉ
,
F.
Ancilotto
, and
F.
Toigo
,
J. Chem. Phys.
130
,
074702
(
2009
).
18.
P.
Giannozzi
,
S.
Baroni
,
N.
Bonini
,
M.
Calandra
,
R.
Car
,
C.
Cavazzoni
,
D.
Ceresoli
,
G. L.
Chiarotti
,
M.
Cococcioni
,
I.
Dabo
,
A. D.
Corso
,
S.
de Gironcoli
,
S.
Fabris
,
G.
Fratesi
,
R.
Gebauer
,
U.
Gerstmann
,
C.
Gougoussis
,
A.
Kokalj
,
M.
Lazzeri
,
L.
Martin-Samos
,
N.
Marzari
,
F.
Mauri
,
R.
Mazzarello
,
S.
Paolini
,
A.
Pasquarello
,
L.
Paulatto
,
C.
Sbraccia
,
S.
Scandolo
,
G.
Sclauzero
,
A. P.
Seitsonen
,
A.
Smogunov
,
P.
Umari
, and
R. M.
Wentzcovitch
,
J. Phys.: Condens. Matter
21
,
395502
(
2009
).
19.
X.
Gonze
,
B.
Amadon
,
P.-M.
Anglade
,
J.-M.
Beuken
,
F.
Bottin
,
P.
Boulanger
,
F.
Bruneval
,
D.
Caliste
,
R.
Caracas
,
M.
Côté
,
T.
Deutsch
,
L.
Genovese
,
P.
Ghosez
,
M.
Giantomassi
,
S.
Goedecker
,
D.
Hamann
,
P.
Hermet
,
F.
Jollet
,
G.
Jomard
,
S.
Leroux
,
M.
Mancini
,
S.
Mazevet
,
M.
Oliveira
,
G.
Onida
,
Y.
Pouillon
,
T.
Rangel
,
G.-M.
Rignanese
,
D.
Sangalli
,
R.
Shaltaf
,
M.
Torrent
,
M.
Verstraete
,
G.
Zerah
, and
J.
Zwanziger
,
Comput. Phys. Commun.
180
,
2582
(
2009
).
20.
N.
Marzari
and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
56
,
12847
(
1997
).
21.
G. H.
Wannier
,
Phys. Rev.
52
,
191
(
1937
).
22.
K. S.
Thygesen
,
L. B.
Hansen
, and
K. W.
Jacobsen
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
026405
(
2005
).
23.
K. S.
Thygesen
,
L. B.
Hansen
, and
K. W.
Jacobsen
,
Phys. Rev. B
72
,
125119
(
2005
).
24.
I.
Souza
,
N.
Marzari
, and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
65
,
035109
(
2001
).
25.
A. A.
Mostofi
,
J. R.
Yates
,
Y.
Lee
,
I.
Souza
,
D.
Vanderbilt
, and
N.
Marzari
,
Comput. Phys. Commun.
178
,
685
(
2008
).
26.
S.
Grimme
,
J.
Antony
,
T.
Schwabe
, and
C.
Mück-Lichtenfeld
,
Org. Biomol. Chem.
5
,
741
(
2007
).
27.
X.
Wu
,
M. C.
Vargas
,
S.
Nayak
,
V.
Lotrich
, and
G.
Scoles
,
J. Chem. Phys.
115
,
8748
(
2001
).
28.
M.
Shelley
,
N.
Poilvert
,
A. A.
Mostofi
, and
N.
Marzari
,
Comput. Phys. Commun.
182
,
2174
(
2011
).
29.
S.
Grimme
,
J. Comput. Chem.
27
,
1787
(
2006
).
30.
V.
Barone
,
M.
Casarin
,
D.
Forrer
,
M.
Pavone
,
M.
Sambi
, and
A.
Vittadini
,
J. Comput. Chem.
30
,
934
(
2009
).
31.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
32.
Y.
Zhang
and
W.
Yang
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
890
(
1998
).
33.
M.
Dion
,
H.
Rydberg
,
E.
Schröder
,
D. C.
Langreth
, and
B. I.
Lundqvist
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
109902
(
2005
).
34.
S. D.
Chakarova-Käck
,
E.
Schröder
,
B. I.
Lundqvist
, and
D. C.
Langreth
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
146107
(
2006
).
35.
P.
Slavíček
,
R.
Kalus
,
P.
Paška
,
I.
Odvárková
,
P.
Hobza
, and
A.
Malijevský
,
J. Chem. Phys.
119
,
2102
(
2003
).
36.
J.
Řezáč
,
P.
Jurečka
,
K. E.
Riley
,
J.
Černý
,
H.
Valdes
,
K.
Pluháčkovă
,
K.
Berka
,
T.
Řezáč
,
M.
Pitoňák
,
J.
Vondrášek
, and
P.
Hobza
,
Collect. Czech. Chem. Commun.
73
,
1261
(
2008
).
37.
T.
Janowski
and
P.
Pulay
,
Chem. Phys. Lett.
447
,
27
(
2007
).
38.
E.
Orti
and
J. L.
Bredas
,
J. Chem. Phys.
89
,
1009
(
1988
).
39.
N.
Marom
,
A.
Tkatchenko
,
M.
Scheffler
, and
L.
Kronik
,
J. Chem. Theory Comput.
6
,
81
(
2010
).
40.
A.
Tkatchenko
,
R. A.
DiStasio
,
M.
Head-Gordon
, and
M.
Scheffler
,
J. Chem. Phys.
131
,
094106
(
2009
);
[PubMed]
41.
A.
Kokalj
,
Comput. Mater. Sci.
28
,
155
(
2003
), Proceedings of the Symposium on Software Development for Process and Materials Design.
You do not currently have access to this content.