We present a newly developed publicly available genetic algorithm (GA) for global structure optimisation within atomic scale modeling. The GA is focused on optimizations using first principles calculations, but it works equally well with empirical potentials. The implementation is described and benchmarked through a detailed statistical analysis employing averages across many independent runs of the GA. This analysis focuses on the practical use of GA’s with a description of optimal parameters to use. New results for the adsorption of M8 clusters (M = Ru, Rh, Pd, Ag, Pt, Au) on the stoichiometric rutile TiO2(110) surface are presented showing the power of automated structure prediction and highlighting the diversity of metal cluster geometries at the atomic scale.

1.
A.
Sanchez
,
S.
Abbet
,
U.
Heiz
,
W. D.
Schneider
,
H.
Häkkinen
,
R. N.
Barnett
, and
U.
Landman
,
J. Phys. Chem. A
103
,
9573
(
1999
).
3.
R. L.
Johnston
,
Atomic and Molecular Clusters
(
Taylor & Francis
,
2002
).
4.
F.
Stillinger
,
Phys. Rev. E
59
,
48
(
1999
).
5.
D. J.
Wales
,
M. A.
Miller
, and
T. R.
Walsh
,
Nature
394
,
758
(
1998
).
6.
R.
Car
and
M.
Parrinello
,
Phys. Rev. Lett.
55
,
2471
(
1985
).
7.
D. J.
Wales
and
J. P. K.
Doye
,
J. Phys. Chem. A
101
,
5111
(
1997
).
8.
R. L.
Johnston
,
Dalton Trans.
22
,
4193
(
2003
).
9.
B.
Hartke
,
J. Phys. Chem.
97
,
9973
(
1993
).
10.
M. D.
Wolf
and
U.
Landman
,
J. Phys. Chem. A
102
,
6129
(
1998
).
11.
B.
Assadollahzadeh
and
P.
Schwerdtfeger
,
J. Chem. Phys.
131
,
064306
(
2009
).
12.
F.
Baletto
and
R.
Ferrando
,
Rev. Mod. Phys.
77
,
371
(
2005
).
13.
K.-M.
Ho
,
A. A.
Shvartsburg
,
B.
Pan
,
Z.-Y.
Lu
,
C.-Z.
Wang
,
J. G.
Wacker
,
J. L.
Fye
, and
M. F.
Jarrold
,
Nature
392
,
582
(
1998
).
14.
A.
Rapallo
,
G.
Rossi
,
R.
Ferrando
,
A.
Fortunelli
,
B. C.
Curley
,
L. D.
Lloyd
,
G. M.
Tarbuck
, and
R. L.
Johnston
,
J. Chem. Phys.
122
,
194308
(
2005
).
15.
A. N.
Alexandrova
and
A. I.
Boldyrev
,
J. Chem. Theory Comput.
1
,
566
(
2005
).
16.
H.
Xiang
,
S.-H.
Wei
, and
X.
Gong
,
J. Am. Chem. Soc.
132
,
7355
(
2010
).
17.
S.
Heiles
and
R. L.
Johnston
,
Int. J. Quantum Chem.
113
,
2091
(
2013
).
18.
L. B.
Vilhelmsen
and
B.
Hammer
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
126101
(
2012
).
19.
L. B.
Vilhelmsen
and
B.
Hammer
,
J. Chem. Phys.
139
,
204701
(
2013
).
20.
L. B.
Vilhelmsen
and
D. S.
Sholl
,
J. Phys. Chem. Lett.
3
,
3702
(
2012
).
21.
L. B.
Vilhelmsen
,
K. S.
Walton
, and
D. S.
Sholl
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
12807
(
2012
).
22.
U.
Martinez
,
L. B.
Vilhelmsen
,
H. H.
Kristoffersen
,
J.
Stausholm-Moller
, and
B.
Hammer
,
Phys. Rev. B
84
,
205434
(
2011
).
23.
R.
Bechstein
,
H. H.
Kristoffersen
,
L. B.
Vilhelmsen
,
F.
Rieboldt
,
J.
Stausholm-Moller
,
S.
Wendt
,
B.
Hammer
, and
F.
Besenbacher
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
236103
(
2012
).
24.
S. R.
Bahn
and
K. W.
Jacobsen
,
Comput. Sci. Eng.
4
,
56
(
2002
).
25.
J. M.
Dieterich
and
B.
Hartke
,
Mol. Phys.
108
,
279
(
2010
).
26.
A. R.
Oganov
and
C. W.
Glass
,
J. Chem. Phys.
124
,
244704
(
2006
).
27.
W. W.
Tipton
and
R. G.
Hennig
,
J. Phys.: Condens. Matter
25
,
495401
(
2013
).
28.
J.
Wang
and
B.
Hammer
,
Top. Catal.
44
,
49
(
2007
).
29.
H.
Häkkinen
,
S.
Abbet
,
A.
Sanchez
,
U.
Heiz
, and
U.
Landman
,
Angew. Chem., Int. Ed.
42
,
1297
(
2003
).
30.
L. B.
Vilhelmsen
and
B.
Hammer
,
ACS Catal.
4
,
1626
(
2014
).
31.
P.
Koskinen
and
V.
Mäkinen
,
Comput. Mater. Sci.
47
,
237
(
2009
).
32.
B.
Aradi
,
B.
Hourahine
, and
T.
Frauenheim
,
J. Phys. Chem. A
111
,
5678
(
2007
).
33.
G.
Zheng
,
H. A.
Witek
,
P.
Bobadova-Parvanova
,
S.
Irle
,
D. G.
Musaev
,
R.
Prabhakar
,
K.
Morokuma
,
M.
Lundberg
,
M.
Elstner
,
C.
Köhler
, and
T.
Frauenheim
,
J. Chem. Theory Comput.
3
,
1349
(
2007
).
34.
A. R.
Oganov
and
M.
Valle
,
J. Chem. Phys.
130
,
104504
(
2009
).
35.
L. D.
Lloyd
,
R. L.
Johnston
, and
S.
Salhi
,
J. Comput. Chem.
26
,
1069
(
2005
).
36.
N. S.
Froemming
and
G.
Henkelman
,
J. Chem. Phys.
131
,
234103
(
2009
).
37.
Z.
Chen
,
X.
Jiang
,
J.
Li
, and
S.
Li
,
J. Chem. Phys.
138
,
214303
(
2013
).
38.
S.
Lysgaard
,
D.
Landis
,
T.
Bligaard
, and
T.
Vegge
,
Top. Catal.
57
,
33
(
2014
).
39.
R. M.
Briggs
and
C. V.
Ciobanu
,
Phys. Rev. B
75
,
195415
(
2007
).
40.
D. M.
Deaven
and
K. M.
Ho
,
Phys. Rev. Lett.
75
,
288
(
1995
).
41.
A.
Bruma
,
R.
Ismail
,
L.
Oliver Paz-Borbon
,
H.
Arslan
,
G.
Barcaro
,
A.
Fortunelli
,
Z. Y.
Li
, and
R. L.
Johnston
,
Nanoscale
5
,
646
(
2013
).
42.
D. M.
Daven
,
N.
Tit
,
J. R.
Morris
, and
K. M.
Ho
,
Chem. Phys. Lett.
256
,
195
(
1996
).
43.
R.
Ferrando
,
A.
Fortunelli
, and
R. L.
Johnston
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
10
,
640
(
2008
).
44.
F. R.
Negreiros
,
G.
Barcaro
,
Z.
Kuntová
,
G.
Rossi
,
R.
Ferrando
, and
A.
Fortunelli
,
Surf. Sci.
605
,
483
(
2011
).
45.
G.
Barcaro
and
A.
Fortunelli
,
Chem. Phys. Lett.
457
,
143
(
2008
).
46.
G.
Barcaro
,
E.
Aprà
, and
A.
Fortunelli
,
Chem. – Eur. J.
13
,
6408
(
2007
).
47.
V.
Bonacić-Koutecký
,
L.
CeSpiva
,
P.
Fantucci
, and
J.
Koutecký
,
J. Chem. Phys
98
,
7981
(
1993
).
48.
G.
Zanti
and
D.
Peeters
,
Eur. J. Inorg. Chem.
2009
,
3904
.
49.
50.
Y.-C.
Bae
,
H.
Osanai
,
V.
Kumar
, and
Y.
Kawazoe
,
Phys. Rev. B
70
,
195413
(
2004
).
51.
W.
Zhang
,
H.
Zhao
, and
L.
Wang
,
J. Phys. Chem. B
108
,
2140
(
2004
).
52.
D.-e.
Jiang
,
S. H.
Overbury
, and
S.
Dai
,
J. Phys. Chem. C
116
,
21880
(
2012
).
53.
V. E.
Matulis
,
A. S.
Mozheiko
, and
O. A.
Ivashkevich
,
Russ. J. Gen. Chem.
80
,
1068
(
2010
).
You do not currently have access to this content.