Two open-shell formulations of the symmetry-adapted perturbation theory are presented. They are based on the spin-unrestricted Kohn-Sham (SAPT(UKS)) and unrestricted Hartree-Fock (SAPT(UHF)) descriptions of the monomers, respectively. The key reason behind development of SAPT(UKS) is that it is more compatible with density functional theory (DFT) compared to the previous formulation of open-shell SAPT based on spin-restricted Kohn-Sham method of Żuchowski et al [J. Chem. Phys.129, 084101 (2008)

]. The performance of SAPT(UKS) and SAPT(UHF) is tested for the following open-shell van der Waals complexes: He⋯NH, H2O⋯HO2, He⋯OH, Ar⋯OH, Ar⋯NO. The results show an excellent agreement between SAPT(UKS) and SAPT(ROKS). Furthermore, for the first time SAPT based on DFT is shown to be suitable for the treatment of interactions involving Π-state radicals (He⋯OH, Ar⋯OH, Ar⋯NO). In the interactions of transition metal dimers (⁠|$^3\Sigma _u^+$|Σu+3)Au2 and (⁠|$^{13}\Sigma _g^+$|Σg+13)Cr2 we show that SAPT is incompatible with the use of effective core potentials. The interaction energies of both systems expressed instead as supermolecular UHF interaction plus dispersion from SAPT(UKS) result in reasonably accurate potential curves.

1.
K.
Liu
and
A.
Wagner
,
The Chemical Dynamics and Kinetics of Small Radicals
(
World Scientific
,
1995
), Vol.
6
.
2.
D.
Skouteris
,
D. E.
Manolopoulos
,
W.
Bian
,
H. J.
Werner
,
L. H.
Lai
, and
K.
Liu
,
Science
286
,
1713
(
1999
).
3.
M.
Qiu
,
Z.
Ren
,
L.
Che
,
D.
Dai
,
S.
Harich
,
X.
Wang
,
X.
Yang
,
C.
Xu
,
D.
Xie
, and
M.
Gustafsson
 et al,
Science
311
,
1440
(
2006
).
4.
M. C.
Heaven
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
43
,
283
(
1992
).
5.
M. C.
Heaven
,
Int. Rev. Phys. Chem.
24
,
375
(
2005
).
6.
H.
Kohguchi
,
T.
Suzuki
, and
M. H.
Alexander
,
Science
294
,
832
(
2001
).
7.
B. C.
Sawyer
,
B. K.
Stuhl
,
M.
Yeo
,
T. V.
Tscherbul
,
M.
Hummon
,
Y.
Xia
,
J.
Kłos
,
D.
Patterson
,
J. M.
Doyle
, and
J.
Ye
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
19059
(
2011
).
8.
P. F.
Weck
and
N.
Balakrishnan
,
Int. Rev. Phys. Chem.
25
,
283
(
2006
).
9.
L. P.
Parazzoli
,
N. J.
Fitch
,
P. S.
Żuchowski
,
J. M.
Hutson
, and
H. J.
Lewandowski
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
193201
(
2011
).
10.
P. J.
Dagdigian
, “
Experimental studies of rotationally-inelastic state-resolved collisions of small molecular free radicals
” in Ref. 1, pp.
315
364
.
11.
R. T.
Skodje
,
D.
Skouteris
,
D. E.
Manolopoulos
,
S.
Lee
,
F.
Dong
, and
K.
Liu
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
1206
(
2000
).
12.
S.
Aloisio
and
S.
Joseph
,
Acc. Chem. Res.
33
,
825
(
2000
).
13.
A.
Galano
,
M.
Narciso-Lopez
, and
M.
Francisco-Marquez
,
J. Phys. Chem. A
114
,
5796
(
2010
).
14.
J.
Warnatz
,
U.
Maas
, and
R. W.
Dibble
,
Combustion: Physical and Chemical Fundamentals, Modeling and Simulation, Experiments, Pollutant Formation
(
Springer-Verlag
,
2006
).
15.
J. D.
Savee
,
O.
Welz
,
C. A.
Taatjes
, and
D. L.
Osborn
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
10410
(
2012
).
16.
W.
Klemperer
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
103
,
12232
(
2006
).
17.
J.
Kłos
and
F.
Lique
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
418
,
271
(
2011
).
18.
M.
Valko
,
D.
Leibfritz
,
J.
Moncol
,
M. T. D.
Cronin
,
M.
Mazur
, and
J.
Telser
,
Int. J. Biochem. Cell Biol.
39
,
44
(
2007
).
19.
P. S.
Żuchowski
,
R.
Podeszwa
,
R.
Moszyński
,
B.
Jeziorski
, and
K.
Szalewicz
,
J. Chem. Phys.
129
,
084101
(
2008
).
20.
G.
Chałasińaski
and
K.
Szalewicz
,
Int. J. Quantum Chem.
18
,
1071
(
1980
).
21.
S. M.
Cybulski
,
R.
Burcl
,
G.
Chałasiński
, and
M. M.
Szczęśniak
,
J. Chem. Phys.
103
,
10116
(
1995
).
22.
S. M.
Cybulski
,
G.
Chałasiński
, and
M. M.
Szczęśniak
,
J. Chem. Phys.
105
,
9525
(
1996
).
23.
G.
Chałasiński
and
M. M.
Szczęśniak
,
Chem. Rev.
100
,
4227
(
2000
).
24.
S.
Atahan
,
J.
Kłos
,
P. S.
Żuchowski
, and
M. H.
Alexander
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
8
,
4420
(
2006
).
25.
Ł.
Rajchel
,
P. S.
Żuchowski
,
J.
Kłos
,
M. M.
Szczęśniak
, and
G.
Chałasiński
,
J. Chem. Phys.
127
,
244302
(
2007
).
26.
P. S.
Żuchowski
,
Chem. Phys. Lett.
450
,
203
(
2008
).
27.
H.
Cybulski
,
P. S.
Żuchowski
,
B.
Fernandez
, and
J.
Sadlej
,
J. Chem. Phys.
130
,
104303
(
2009
).
28.
L. M. C.
Janssen
,
G. C.
Groenenboom
,
A.
van der Avoird
,
P. S.
Żuchowski
, and
R.
Podeszwa
,
J. Chem. Phys.
131
,
224314
(
2009
).
29.
K.
Patkowski
,
B.
Jeziorski
, and
K.
Szalewicz
,
J. Chem. Phys.
120
,
6849
(
2004
).
30.
W.
Skomorowski
and
R.
Moszyński
,
J. Chem. Phys.
134
,
124117
(
2011
).
31.
M.
Bartolomei
,
E.
Carmona-Novillo
,
M.
Hernández
,
J.
Campos-Martínez
, and
R.
Hernández-Lamoneda
,
J. Comput. Chem.
32
,
279
(
2011
).
32.
G.
Murdachaew
,
M.
Valiev
,
S. M.
Kathmann
, and
X.-B.
Wang
,
J. Phys. Chem. A
116
,
2055
(
2012
).
33.
T. V.
Russo
,
R. L.
Martin
, and
P. J.
Hay
,
J. Chem. Phys.
101
,
7729
(
1994
).
34.
Z.
Rinkevicius
,
I.
Tunell
,
P.
Salek
,
O.
Vahtras
, and
H.
Agren
,
J. Chem. Phys.
119
,
34
(
2003
).
35.
J. A.
Pople
,
P. M. W.
Gill
, and
N. C.
Handy
,
Int. J. Quantum Chem.
56
,
303
(
1995
).
36.
O. V.
Gritsenko
,
P. R. T.
Schipper
, and
E. J.
Baerends
,
Chem. Phys. Lett.
302
,
199
(
1999
).
37.
A.
Heßelmann
and
G.
Jansen
,
Chem. Phys. Lett.
357
,
464
(
2002
).
38.
M.
Grüning
,
O. V.
Gritsenko
,
S. J. A.
Van Gisbergen
, and
E. J.
Baerends
,
J. Chem. Phys.
114
,
652
(
2001
).
39.
R.
van Leeuwen
and
E. J.
Baerends
,
Phys. Rev. A
49
,
2421
(
1994
).
40.
M.
Grüning
,
O. V.
Gritsenko
,
S. J. A.
van Gisbergen
, and
E. J.
Baerends
,
J. Chem. Phys.
116
,
9591
(
2002
).
41.
J.
Baker
,
A.
Scheiner
, and
J.
Andzelm
,
Chem. Phys. Lett.
216
,
380
(
1993
).
42.
J.
Wang
,
A. D.
Becke
, and
V. H.
Smith
 Jr.
,
J. Chem. Phys.
102
,
3477
(
1995
).
43.
A.
Cohen
,
D.
Tozer
, and
N.
Handy
,
J. Chem. Phys.
126
,
214104
(
2007
).
44.
J. G. C. M.
van Duijneveldt-van de Rijdt
and
F. B.
van Duijneveldt
,
Chem. Phys. Lett.
17
,
425
(
1972
).
45.
K.
Szalewicz
,
K.
Patkowski
, and
B.
Jeziorski
, in
Intermolecular Forces and Clusters, Structure and Bonding
, edited by
D. J.
Wales
(
Springer-Verlag
,
Heidelberg
,
2005
), pp.
43
117
.
46.
R.
Moszyński
,
B.
Jeziorski
, and
K.
Szalewicz
,
J. Chem. Phys.
100
,
1312
(
1994
).
47.
A.
Hesselmann
,
G.
Jansen
, and
M.
Schütz
,
J. Chem. Phys.
122
,
014103
(
2005
).
48.
B.
Jeziorski
,
M.
Bulski
, and
L.
Piela
,
Int. J. Quantum Chem.
10
,
281
(
1976
).
49.
H. L.
Williams
,
E. M.
Mas
,
K.
Szalewicz
, and
B.
Jeziorski
,
J. Chem. Phys.
103
,
7374
(
1995
).
50.
A.
Heßelmann
and
G.
Jansen
,
Chem. Phys. Lett.
367
,
778
(
2003
).
51.
S.
Hirata
and
M.
Head-Gordon
,
Chem. Phys. Lett.
302
,
375
(
1999
).
52.
A. J.
Misquitta
,
R.
Podeszwa
,
B.
Jeziorski
, and
K.
Szalewicz
,
J. Chem. Phys.
123
,
214103
(
2005
).
53.
H. C.
Longuet-Higgins
,
Discuss. Faraday Soc.
40
,
7
(
1965
).
54.
A. J.
Misquitta
,
B.
Jeziorski
, and
K.
Szalewicz
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
33201
(
2003
).
55.
R.
Moszyński
,
B.
Jeziorski
,
S.
Rybak
,
K.
Szalewicz
, and
H. L.
Williams
,
J. Chem. Phys.
100
,
5080
(
1994
).
56.
J.
Kłos
,
P.
Żuchowski
,
Ł.
Rajchel
,
G.
Chałasiński
,
M.
Szczęśniak
,
J. Chem. Phys.
129
,
134302
(
2008
).
57.
M.
Jeziorska
,
B.
Jeziorski
, and
J.
Čížek
,
Int. J. Quantum Chem.
32
,
149
(
1987
).
58.
K.
Patkowski
and
K.
Szalewicz
,
J. Chem. Phys.
127
,
164103
(
2007
).
59.
R.-F.
Liu
,
C. A.
Franzese
,
R.
Malek
,
P. S.
Żuchowski
,
J. G.
Ángyan
,
M. M.
Szczęśniak
, and
G.
Chałasiński
,
J. Chem. Theory Comput.
7
,
2399
(
2011
).
60.
R.
Ahlrichs
,
R.
Penco
, and
G.
Scoles
,
Chem. Phys.
19
,
119
(
1977
).
61.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
62.
C.
Adamo
and
V.
Barone
,
J. Chem. Phys.
110
,
6158
(
1999
).
63.
H.-J.
Werner
,
P. J.
Knowles
,
G.
Knizia
,
F. R.
Manby
, and
M.
Schütz
 et al, MOLPRO, version 2010.1, a package of ab initio programs,
2010
, see http://www.molpro.net.
64.
D. J.
Tozer
and
N. C.
Handy
,
J. Chem. Phys.
109
,
10180
(
1998
).
65.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4758455 for brief description of geometries and decomposition of interaction energies.
66.
H.
Cybulski
,
R. V.
Krems
,
H. R.
Sadeghpour
,
A.
Dalgarno
,
J.
Kłos
,
G. C.
Groenenboom
,
A.
van der Avoird
,
D.
Zgid
, and
G.
Chałasiński
,
J. Chem. Phys.
122
,
094307
(
2005
).
67.
T. H.
Dunning
 Jr.
,
J. Chem. Phys.
90
,
1007
(
1989
).
68.
R. A.
Kendall
,
T. H.
Dunning
 Jr.
, and
R. J.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
96
,
6796
(
1992
).
69.
D. E.
Woon
and
T. H.
Dunning
 Jr.
,
J. Chem. Phys.
100
,
2975
(
1994
).
70.
F. M.
Tao
and
Y. K.
Pan
,
J. Chem. Phys.
97
,
4989
(
1992
).
71.
K.
Patkowski
,
K.
Szalewicz
, and
B.
Jeziorski
,
J. Chem. Phys.
125
,
154107
(
2006
).
72.
H. S.
Lee
,
A. B.
McCoy
,
R. R.
Toczyłowski
, and
S. M.
Cybulski
,
J. Chem. Phys.
113
,
5736
(
2000
).
73.
G.
Paterson
,
S.
Marinakis
,
M. L.
Costen
,
K.
McKendrick
,
J.
Kłos
, and
R.
Toboła
,
J. Chem. Phys.
129
,
074304
(
2008
).
74.
K. P.
Huber
and
G.
Herzberg
,
Constants of Diatomic Molecules
(
Van Nostrand Reinhold
,
New York
,
1979
).
75.
S. M.
Cybulski
and
R. R.
Toczyłowski
,
J. Chem. Phys.
111
,
10520
(
1999
).
76.
A.
Degli Esposti
and
H. J.
Werner
,
J. Chem. Phys.
93
,
3351
(
1990
).
77.
J.
Klos
,
G.
Chałasiński
,
M. T.
Berry
,
R. A.
Kendall
,
R.
Burcl
,
M. M.
Szczęśniak
, and
S. M.
Cybulski
,
J. Chem. Phys.
112
,
4952
(
2000
).
78.
A.
Hoy
,
J.
Johns
, and
A.
McKellar
,
Can. J. Phys.
53
,
2029
(
1975
).
79.
G. C.
Nielson
,
G. A.
Parker
, and
R. T.
Pack
,
J. Chem. Phys.
66
,
1396
(
1977
).
80.
M. H.
Alexander
,
J. Chem. Phys.
99
,
7725
(
1993
).
81.
M. H.
Alexander
,
J. Chem. Phys.
111
,
7426
(
1999
).
82.
O. V.
Ershova
and
N. A.
Besley
,
J. Chem. Phys.
136
,
244313
(
2012
).
83.
H.
Cybulski
and
B.
Fernández
,
J. Phys. Chem. A
116
,
7319
(
2012
).
84.
A.
Griesmaier
,
J.
Werner
,
S.
Hensler
,
J.
Stuhler
, and
T.
Pfau
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
160401
(
2005
).
85.
J.
Stuhler
,
A.
Griesmaier
,
T.
Koch
,
M.
Fattori
,
T.
Pfau
,
S.
Giovanazzi
,
P.
Pedri
, and
L.
Santos
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
150406
(
2005
).
86.
J. M. L.
Martin
and
A.
Sundermann
,
J. Chem. Phys.
114
,
3408
(
2001
).
87.
M.
Dolg
,
U.
Wedig
,
H.
Stoll
, and
H.
Preuss
,
J. Chem. Phys.
86
,
866
(
1987
).
88.
P.
Pyykkö
,
Chem. Soc. Rev.
37
,
1967
(
2008
).
89.
J.
Muñiz
,
C.
Wang
, and
P.
Pyykkö
,
Chem. Eur. J.
17
,
368
(
2011
).
90.
D.
Figgen
,
G.
Rauhut
,
M.
Dolg
, and
H.
Stoll
,
Chem. Phys.
311
,
227
(
2005
).
91.
K. A.
Peterson
and
C.
Puzzarini
,
Theor. Chim. Acta
114
,
283
(
2005
).
92.
D.
Danovich
and
S.
Shaik
,
J. Chem. Theory Comput.
6
,
1479
(
2010
).
93.
K.
Patkowski
,
R.
Podeszwa
, and
K.
Szalewicz
,
J. Phys. Chem. A
111
,
12822
(
2007
).
94.
E. R.
Sayfutyarova
,
A. A.
Buchachenko
,
M.
Hapka
,
M. M.
Szczęśniak
, and
G.
Chałasiński
,
Chem. Phys.
399
,
50
(
2012
).
95.
E. G.
Hohenstein
and
C. D.
Sherrill
,
J. Chem. Phys.
133
,
014101
(
2010
).
96.
E. G.
Hohenstein
and
C. D.
Sherrill
,
J. Chem. Phys.
132
,
184111
(
2010
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.