We present a new hybrid multiconfigurational method based on the concept of range-separation that combines the density matrix renormalization group approach with density functional theory. This new method is designed for the simultaneous description of dynamical and static electron-correlation effects in multiconfigurational electronic structure problems.

1.
J.
Olsen
,
Int. J. Quantum Chem.
111
,
3267
(
2011
).
2.
3.
S. R.
White
,
Phys. Rev. B
48
,
10345
(
1993
).
4.
5.
D.
Yaron
,
E. E.
Moore
,
Z.
Shuai
, and
J. L.
Brédas
,
J. Chem. Phys.
108
,
7451
(
1998
).
6.
Z.
Shuai
,
J. L.
Brédas
,
A.
Saxena
, and
A. R.
Bishop
,
J. Chem. Phys.
109
,
2549
(
1998
).
7.
G.
Fano
,
F.
Ortolani
, and
L.
Ziosi
,
J. Chem. Phys.
108
,
9246
(
1998
).
8.
S. R.
White
and
R. L.
Martin
,
J. Chem. Phys.
110
,
4127
(
1999
).
9.
S.
Daul
,
I.
Ciofini
,
C.
Daul
, and
S. R.
White
,
Int. J. Quantum Chem.
79
,
331
(
2000
).
10.
A. O.
Mitrushenkov
,
G.
Fano
,
F.
Ortolani
,
R.
Linguerri
, and
P.
Palmieri
,
J. Chem. Phys.
115
,
6815
(
2001
).
11.
G. K. L.
Chan
and
M.
Head-Gordon
,
J. Chem. Phys.
116
,
4462
(
2002
).
12.
Ö.
Legeza
and
J.
Sólyom
,
Phys. Rev. B
68
,
195116
(
2003
).
13.
G.
Moritz
and
M.
Reiher
,
J. Chem. Phys.
126
,
244109
(
2007
).
14.
J.
Rissler
,
R. M.
Noack
, and
S. R.
White
,
Chem. Phys.
323
,
519
(
2006
).
15.
A. O.
Mitrushenkov
,
G.
Fano
,
R.
Linguerri
, and
P.
Palmieri
,
Int. J. Quantum Chem.
112
,
1606
(
2012
).
16.
S.
Sharma
,
G. K. L.
Chan
, and
M.
Head-Gordon
,
J. Chem. Phys.
136
,
124121
(
2012
).
17.
N.
Nakatani
and
G. K.-L.
Chan
,
J. Chem. Phys.
138
,
134113
(
2013
).
18.
D.
Zgid
and
M.
Nooijen
,
J. Chem. Phys.
128
,
144115
(
2008
).
19.
D.
Zgid
and
M.
Nooijen
,
J. Chem. Phys.
128
,
014107
(
2008
).
20.
Y.
Kurashige
and
T.
Yanai
,
J. Chem. Phys.
130
,
234114
(
2009
).
21.
Y.
Kurashige
,
G. K. L.
Chan
, and
T.
Yanai
,
Nat. Chem.
5
,
660
(
2013
).
22.
S.
Wouters
,
P. A.
Limacher
,
D.
van Neck
, and
P. W.
Ayers
,
J. Chem. Phys.
136
,
134110
(
2012
).
23.
S.
Wouters
,
W.
Poelmans
,
P. W.
Ayers
, and
D.
van Neck
,
Comput. Phys. Commun.
185
,
1501
(
2014
).
24.
S.
Knecht
,
O.
Legeza
, and
M.
Reiher
,
J. Chem. Phys.
140
,
041101
(
2014
).
25.
S. F.
Keller
and
M.
Reiher
,
Chimia
68
,
200
(
2014
).
26.
S.
Keller
,
M.
Dolfi
,
M.
Reiher
, and
M. M.
Troyer
, “QC-MAQUIS: A massively parallel, matrix-product-operator based quantum-chemical DMRG program” (unpublished).
27.
T.
Dresselhaus
,
J.
Neugebauer
,
S.
Knecht
,
S. F.
Keller
,
Y.
Ma
, and
M.
Reiher
,
J. Chem. Phys
142
,
044111
(
2015
).
28.
O.
Legeza
,
R.
Noack
,
J.
Sólyom
, and
L.
Tincani
, “
Applications of quantum information in the density-matrix renormalization group
,” in
Computational Many-Particle Physics
,
Lecture Notes in Physics
Vol.
739
, edited by
H.
Fehske
,
R.
Schneider
, and
A.
Weisse
(
Springer
,
Berlin, Heidelerg
,
2008
), pp.
653
664
.
29.
G. K. L.
Chan
,
J. J.
Dorando
,
D.
Ghosh
,
J.
Hachmann
,
E.
Neuscamman
,
H.
Wang
, and
T.
Yanai
, “
An introduction to the density matrix renormalization group ansatz in quantum chemistry
,” in
Frontiers in Quantum Systems in Chemistry and Physics
(
Springer
,
2008
), p.
49
.
30.
K. H.
Marti
and
M.
Reiher
,
Z. Phys. Chem.
224
,
583
(
2010
).
31.
G. K. L.
Chan
and
S.
Sharma
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
62
,
465
(
2011
).
32.
K. H.
Marti
and
M.
Reiher
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
6750
(
2011
).
33.
S.
Wouters
and
D.
van Neck
,
Eur. Phys. J. D
68
,
272
(
2014
).
34.
35.
S.
Szalay
,
M.
Pfeffer
,
V.
Murg
,
G.
Barcza
,
F.
Verstraete
, and
Ö.
Legeza
, “
Tensor product methods and entanglement optimization for ab initio quantum chemistry
,” e-print arXiv:1412.5829v1 (
2014
).
36.
M.
Saitow
,
Y.
Kurashige
, and
T.
Yanai
,
J. Chem. Phys.
139
,
044118
(
2013
).
37.
Y.
Kurashige
,
J.
Chalupský
,
T.
Nguyen Lan
, and
T.
Yanai
,
J. Chem. Phys.
141
,
174111
(
2014
).
38.
T.
Yanai
,
Y.
Kurashige
,
W.
Mizukami
,
J.
Chalupský
,
T.
Nguyen Lan
, and
M.
Saitow
,
Int. J. Quantum Chem.
115
,
283
(
2015
).
39.
I.
Shavitt
,
Int. J. Mol. Sci.
3
,
639
(
2002
).
40.
S.
Sharma
and
G. K.-L.
Chan
,
J. Chem. Phys.
141
,
111101
(
2014
).
41.
J. P.
Perdew
,
A.
Savin
, and
K.
Burke
,
Phys. Rev. A
51
,
4531
(
1995
).
42.
J. M.
Seminario
,
Int. J. Quantum Chem.
52
(
S28
),
655
(
1994
).
43.
J. P.
Perdew
and
K.
Burke
,
Int. J. Quantum Chem.
57
,
309
(
1996
).
44.
O.
Gunnarson
and
B. I.
Lundqvist
,
Phys. Rev. B
13
,
4274
(
1976
).
45.
A.
Savin
and
H.-J.
Flad
,
Int. J. Quantum Chem.
56
,
327
(
1995
).
46.
S.
Grimme
and
M.
Waletzke
,
J. Chem. Phys.
111
,
5645
(
1999
).
47.
A.
Savin
,
Recent Developments and Applications of Modern Density Functional Theory
(
Elsevier
,
Amsterdam
,
1996
), p.
327
.
48.
E.
Fromager
,
J.
Toulouse
, and
H. J. Aa.
Jensen
,
J. Chem. Phys.
126
,
074111
(
2007
).
49.
E.
Fromager
,
R.
Cimiraglia
, and
H. J. Aa.
Jensen
,
Phys. Rev. A
81
,
024502
(
2010
).
50.
G. L.
Manni
,
R. K.
Carlson
,
S.
Luo
,
D.
Ma
,
J.
Olsen
,
D. G.
Truhlar
, and
L.
Gagliardi
,
J. Chem. Theory Comput.
10
,
3669
(
2014
).
52.
C. M.
Marian
and
N.
Gilka
,
J. Chem. Theory Comput.
4
,
1501
(
2008
).
53.
M. R.
Silva-Junior
,
M.
Schreiber
,
S. P. A.
Sauer
, and
W.
Thiel
,
J. Chem. Phys.
129
,
104103
(
2008
).
54.
M. M.
Alam
and
E.
Fromager
,
Chem. Phys. Lett.
554
,
37
(
2012
).
55.
E.
Fromager
,
S.
Knecht
, and
H. J. Aa.
Jensen
,
J. Chem. Phys.
138
,
084101
(
2013
).
56.
E. D.
Hedegård
,
N. H.
List
,
H. J. Aa.
Jensen
, and
J.
Kongsted
,
J. Chem. Phys.
139
,
044101
(
2013
).
57.
V.
Veryazov
,
P.-Å.
Malmqvist
, and
B. O.
Roos
,
Int. J. Quantum Chem.
111
,
3329
(
2011
).
58.
L. M.
Cheung
,
K. R.
Sundberg
, and
K.
Ruedenberg
,
Int. J. Quantum Chem.
16
,
1103
(
1979
).
59.
H. J. Aa.
Jensen
,
P.
Jørgensen
,
H.
Ågren
, and
J.
Olsen
,
J. Chem. Phys.
88
,
3834
(
1988
).
60.
P.
Pulay
and
T. P.
Hamilton
,
J. Chem. Phys.
88
,
4926
(
1988
).
61.
Ö.
Legeza
and
J.
Sólyom
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
116401
(
2006
).
62.
K.
Boguslawski
and
P.
Tecmer
,
Int. J. Quantum Chem.
(published online
2014
).
63.
K.
Boguslawski
,
P.
Tecmer
,
Ö.
Legeza
, and
M.
Reiher
,
J. Phys. Chem. Lett.
3
,
3129
(
2012
).
64.
T.
Weymuth
,
E. P. A.
Couzijn
,
P.
Chen
, and
M.
Reiher
,
J. Chem. Theory Comput.
10
,
3092
(
2014
).
65.
T.
Weymuth
and
M.
Reiher
,
Int. J. Quantum Chem.
115
,
90
(
2015
).
66.
B. O.
Roos
,
P. R.
Taylor
, and
P. E. M.
Siegbahn
,
Chem. Phys.
48
,
157
(
1980
).
67.
P. E. M.
Siegbahn
,
J.
Almlöf
,
A.
Heiberg
, and
B. O.
Roos
,
J. Chem. Phys.
74
,
2384
(
1981
).
68.
T.
Helgaker
,
P.
Jørgensen
, and
J.
Olsen
,
Molecular Electronic-Structure Theory
(
Wiley
,
2004
), pp. 482 and 645-646.
69.
E.
Fromager
and
H. J. Aa.
Jensen
,
Phys. Rev. A
78
,
022504
(
2008
).
70.
E. D.
Hedegård
,
F.
Heiden
,
S.
Knecht
,
E.
Fromager
, and
H. J. Aa.
Jensen
,
J. Chem. Phys.
139
,
184308
(
2013
).
71.
E.
Goll
,
H.-J.
Werner
, and
H.
Stoll
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
7
,
3917
(
2005
).
72.
P.
Katarzyna
,
J. Chem. Phys.
136
,
184105
(
2012
).
73.
H.
Ikura
,
T.
Tsuneda
,
T.
Yanai
, and
K.
Hirao
,
J. Chem. Phys.
115
,
3540
(
2001
).
74.
Y.
Tawada
,
T.
Tsuneda
,
S.
Yanagisawa
,
T.
Yanai
, and
K.
Hirao
,
J. Chem. Phys.
120
,
8425
(
2004
).
75.
O. A.
Vydrov
,
J.
Heyd
,
A. V.
Krukau
, and
G. E.
Scuseria
,
J. Chem. Phys.
125
,
074106
(
2006
).
76.
O. A.
Vydrov
and
G. E.
Scuseria
,
J. Chem. Phys.
125
,
234109
(
2006
).
77.
I. C.
Gerber
and
J. G.
Ángyán
,
Chem. Phys. Lett.
415
,
100
(
2005
).
78.
J. K.
Pedersen
, “
Description of correlation and relativistic effects in calculations of molecular properties
,” Ph.D. thesis (
University of Southern Denmark
,
2004
).
79.
Z.
Huang
and
S.
Kais
,
Chem. Phys. Lett.
413
,
1
(
2005
).
80.
DALTON, a molecular electronic-structure program, Release Dalton2015, (2015), see http://daltonprogram.org/.
81.
K.
Aidas
,
C.
Angeli
,
K. L.
Bak
,
V.
Bakken
,
R.
Bast
,
L.
Boman
,
O.
Christiansen
,
R.
Cimiraglia
,
S.
Coriani
,
P.
Dahle
,
E. K.
Dalskov
,
U.
Ekström
,
T.
Enevoldsen
,
J. J.
Eriksen
,
P.
Ettenhuber
,
B.
Fernández
,
L.
Ferrighi
,
H.
Fliegl
,
L.
Frediani
,
K.
Hald
,
A.
Halkier
,
C.
Hättig
,
H.
Heiberg
,
T.
Helgaker
,
A. C.
Hennum
,
H.
Hettema
,
E.
Hjertenæs
,
S.
Høst
,
I.-M.
Høyvik
,
M. F.
Iozzi
,
B.
Jansík
,
H. J. Aa.
Jensen
,
D.
Jonsson
,
P.
Jørgensen
,
J.
Kauczor
,
S.
Kirpekar
,
T.
Kjærgaard
,
W.
Klopper
,
S.
Knecht
,
R.
Kobayashi
,
H.
Koch
,
J.
Kongsted
,
A.
Krapp
,
K.
Kristensen
,
A.
Ligabue
,
O. B.
Lutnæs
,
J. I.
Melo
,
K. V.
Mikkelsen
,
R. H.
Myhre
,
C.
Neiss
,
C. B.
Nielsen
,
P.
Norman
,
J.
Olsen
,
J. M. H.
Olsen
,
A.
Osted
,
M. J.
Packer
,
F.
Pawlowski
,
T. B.
Pedersen
,
P. F.
Provasi
,
S.
Reine
,
Z.
Rinkevicius
,
T. A.
Ruden
,
K.
Ruud
,
V. V.
Rybkin
,
P.
Sałek
,
C. C. M.
Samson
,
A. S.
de Merás
,
T.
Saue
,
S. P. A.
Sauer
,
B.
Schimmelpfennig
,
K.
Sneskov
,
A. H.
Steindal
,
K. O.
Sylvester-Hvid
,
P. R.
Taylor
,
A. M.
Teale
,
E. I.
Tellgren
,
D. P.
Tew
,
A. J.
Thorvaldsen
,
L.
Thøgersen
,
O.
Vahtras
,
M. A.
Watson
,
D. J. D.
Wilson
,
M.
Ziolkowski
, and
H.
Ågren
,
WIREs: Comput. Mol. Sci.
4
,
269
(
2013
).
82.
T. H.
Dunning
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
90
,
1007
(
1989
).
83.
J.
Heyd
,
G. E.
Scuseria
, and
M. M.
Ernzerhof
,
J. Chem. Phys.
118
,
8207
(
2015
).
84.
J.
Olsen
,
P.
Jørgensen
,
H.
Koch
,
A.
Balkova
, and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
104
,
8007
(
1996
).
85.
G. K. L.
Chan
,
M.
Kállay
, and
J.
Gauss
,
J. Chem. Phys.
121
,
6110
(
2004
).
86.
A. D.
Becke
,
Phys. Rev. A
38
,
3098
(
1988
).
87.
F.
Weigend
and
R.
Ahlrichs
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
7
,
3297
(
2005
).
88.
F.
Weigend
and
R.
Ahlrichs
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
8
,
1057
(
2006
).
89.
R.
Ahlrichs
,
M.
Bär
,
M.
Häser
,
H.
Horn
, and
C.
Kölmel
,
Chem. Phys. Lett.
162
,
165
(
1989
).
90.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
91.
A.
Schäfer
,
C.
Huber
, and
R.
Ahlrichs
,
J. Chem. Phys.
100
,
5829
(
1994
).
92.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4922295 for a discussion of total electronic energies for H2O and N2 and for graphical representations of orbitals of the active space in DMRG calculations on the ligand-dissociation reactions.
93.
C. R.
Jacob
and
M.
Reiher
,
Int. J. Quantum Chem.
112
,
3661
(
2012
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.