For the investigation of molecular systems with electronic ground states exhibiting multi-reference character, a spin-flip (SF) version of the algebraic diagrammatic construction (ADC) scheme for the polarization propagator up to third order perturbation theory (SF-ADC(3)) is derived via the intermediate state representation and implemented into our existing ADC computer program adcman. The accuracy of these new SF-ADC(n) approaches is tested on typical situations, in which the ground state acquires multi-reference character, like bond breaking of H2 and HF, the torsional motion of ethylene, and the excited states of rectangular and square-planar cyclobutadiene. Overall, the results of SF-ADC(n) reveal an accurate description of these systems in comparison with standard multi-reference methods. Thus, the spin-flip versions of ADC are easy-to-use methods for the calculation of “few-reference” systems, which possess a stable single-reference triplet ground state.

1.
A.
Szabo
and
N. S.
Ostlund
,
Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory
(
Dover
,
New York
,
1996
).
2.
T.
Helgaker
,
P.
Jørgensen
, and
J.
Olsen
,
Modern Electronic-Structure Theory
(
Wiley
,
Chichester
,
2000
).
3.
D.
Cremer
,
WIREs: Comput. Mol. Sci.
1
,
509
530
(
2011
).
4.
R. J.
Bartlett
,
WIREs: Comput. Mol. Sci.
2
,
126
138
(
2012
).
5.
M. W.
Schmidt
and
M. S.
Gordon
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
49
,
233
266
(
1998
).
6.
J.
Olsen
,
Int. J. Quantum Chem.
111
,
3267
3272
(
2011
).
7.
M. J.
Bearpark
,
F.
Ogliaro
,
T.
Vreven
,
M.
Boggio-Pasqua
,
M. J.
Frisch
,
S. M.
Larkin
,
M.
Morrison
, and
M. A.
Robb
,
J. Photochem. Photobiol., A
190
,
207
227
(
2007
).
8.
P. A.
Malmqvist
,
A.
Rendell
, and
B. O.
Roos
,
J. Phys. Chem.
94
,
5477
5482
(
1990
).
9.
J.
Finley
,
P. A.
Malmqvist
,
B. O.
Roos
, and
L.
Serrano-Andres
,
Chem. Phys. Lett.
288
,
299
306
(
1998
).
10.
G.
Ghigo
,
B. O.
Roos
, and
P. A.
Malmqvist
,
Chem. Phys. Lett.
396
,
142
149
(
2004
).
11.
H.-J.
Werner
and
P. J.
Knowles
,
J. Chem. Phys.
89
,
5803
(
1988
).
12.
P. G.
Szalay
,
T.
Möller
,
G.
Gidofalvi
,
H.
Lischka
, and
R.
Shepard
,
Chem. Rev.
112
,
108
181
(
2012
).
13.
A.
Köhn
,
M.
Hanauer
,
L. A.
Mück
,
T.-C.
Jagau
, and
J.
Gauss
,
WIREs: Comput. Mol. Sci.
3
,
176
197
(
2013
).
14.
A.
Berning
,
M.
Schweizer
,
H.-J.
Werner
,
P. J.
Knowles
, and
P.
Palmieri
,
Mol. Phys.
98
,
1823
1833
(
2000
).
15.
P. G.
Szalay
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
103
,
3600
3612
(
1995
).
16.
H.
Lischka
,
R.
Shepard
,
F. B.
Brown
, and
I.
Shavitt
,
Int. J. Quantum Chem.
20
,
91
100
(
1981
).
17.
M. J. S.
Dewar
,
E. G.
Zoebisch
,
E. F.
Healy
, and
J. J. P.
Stewart
,
J. Am. Chem. Soc.
107
,
3902
3909
(
1985
).
18.
G. G.
Ferenczy
,
C. A.
Reynolds
, and
W. G.
Richards
,
J. Comput. Chem.
11
,
159
169
(
1990
).
19.
M. R.
Silva-Junior
and
W.
Thiel
,
J. Chem. Theory Comput.
6
,
1546
1564
(
2010
).
20.
W.
Weber
and
W.
Thiel
,
Theor. Chem. Acc.
103
,
495
506
(
2000
).
21.
T.
Ukai
,
K.
Nakata
,
S.
Yamanaka
,
T.
Kubo
,
Y.
Morita
,
T.
Takada
, and
K.
Yamaguchi
,
Polyhedron
26
,
2313
2319
(
2007
).
22.
K.
Sharkas
,
A.
Savin
,
H. J. A.
Jensen
, and
J.
Toulouse
,
J. Chem. Phys.
137
,
044104
(
2012
).
23.
A. I.
Krylov
,
Chem. Phys. Lett.
338
,
375
384
(
2001
).
24.
D.
Casanova
,
L. V.
Slipchenko
,
A. I.
Krylov
, and
M.
Head-Gordon
,
J. Chem. Phys.
130
,
044103
(
2009
).
25.
F.
Wang
and
T.
Ziegler
,
J. Chem. Phys.
122
,
074109
(
2005
).
26.
F.
Wang
and
T.
Ziegler
,
J. Chem. Phys.
121
,
12191
12196
(
2004
).
27.
Y. A.
Bernard
,
Y.
Shao
, and
A. I.
Krylov
,
J. Chem. Phys.
136
,
204103
(
2012
).
28.
A.
Krylov
,
Chem. Phys. Lett.
350
,
522
530
(
2001
).
29.
J. S.
Sears
,
C. D.
Sherrill
, and
A. I.
Krylov
,
J. Chem. Phys.
118
,
9084
9094
(
2003
).
30.
D.
Casanova
and
M.
Head-Gordon
,
J. Chem. Phys.
129
,
064104
(
2008
).
31.
A.
Dreuw
and
M.
Head-Gordon
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
4007
4016
(
2004
).
32.
J.
Schirmer
and
F.
Mertins
,
Theor. Chem. Acc.
125
,
145
172
(
2010
).
33.
H.
Koch
,
R.
Kobayashi
,
A.
Sanchez de Meras
, and
P.
Jørgensen
,
J. Chem. Phys.
100
,
4393
4400
(
1994
).
34.
A. I.
Krylov
and
C. D.
Sherrill
,
J. Chem. Phys.
116
,
3194
3203
(
2002
).
35.
A. I.
Krylov
,
J. Chem. Phys.
113
,
6052
6062
(
2000
).
36.
R.
Krawczyk
,
A.
Viel
,
U.
Manthe
, and
W.
Domcke
,
J. Chem. Phys.
119
,
1397
1411
(
2003
).
37.
A. I.
Krylov
,
Acc. Chem. Res.
39
,
83
91
(
2006
).
38.
P. U.
Manohar
and
A. I.
Krylov
,
J. Chem. Phys.
129
,
194105
(
2008
).
39.
A.
Balkova
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
101
,
8972
(
1994
).
40.
J.
Schirmer
,
Phys. Rev. A
26
,
2395
2416
(
1982
).
41.
B. A.
Trofimov
and
J.
Schirmer
,
J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys.
28
,
2299
(
1995
).
42.
A.
Dreuw
and
M.
Wormit
,
WIREs: Comput. Mol. Sci.
5
,
82
(
2014
).
43.
J.
Schirmer
and
A. B.
Trofimov
,
J. Chem. Phys.
120
,
11449
11464
(
2004
).
44.
M.
Wormit
,
D. R.
Rehn
,
P. H.
Harbach
,
J.
Wenzel
,
C. M.
Krauter
,
E.
Epifanovsky
, and
A.
Dreuw
,
Mol. Phys.
112
,
774
784
(
2014
).
45.
P. H. P.
Harbach
,
M.
Wormit
, and
A.
Dreuw
,
J. Chem. Phys.
141
,
064113
(
2014
).
46.
J. H.
Starcke
,
M.
Wormit
, and
A.
Dreuw
,
J. Chem. Phys.
130
,
024104
(
2009
).
47.
M.
Pernpointner
,
J. Chem. Phys.
140
,
084108
(
2014
).
48.
C.
Hättig
,
Adv. Quantum Chem.
50
,
37
(
2005
).
49.
J.
Schirmer
and
G.
Angonoa
,
J. Chem. Phys.
91
,
1754
(
1989
).
50.
J.
Schirmer
,
Phys. Rev. A
43
,
4647
4659
(
1991
).
51.
Y.
Shao
,
L. F.
Molnar
,
Y.
Jung
,
J.
Kussmann
,
C.
Ochsenfeld
,
S. T.
Brown
,
A. T.
Gilbert
,
L. V.
Slipchenko
,
S. V.
Levchenko
,
D. P.
O’Neill
,
R. A.
DiStasio
, Jr.
,
R. C.
Lochan
,
T.
Wang
,
G. J.
Beran
,
N. A.
Besley
,
J. M.
Herbert
,
C.
Yeh Lin
,
T.
Van Voorhis
,
S.
Hung Chien
,
A.
Sodt
,
R. P.
Steele
,
V. A.
Rassolov
,
P. E.
Maslen
,
P. P.
Korambath
,
R. D.
Adamson
,
B.
Austin
,
J.
Baker
,
E. F. C.
Byrd
,
H.
Dachsel
,
R. J.
Doerksen
,
A.
Dreuw
,
B. D.
Dunietz
,
A. D.
Dutoi
,
T. R.
Furlani
,
S. R.
Gwaltney
,
A.
Heyden
,
S.
Hirata
,
C.-P.
Hsu
,
G.
Kedziora
,
R. Z.
Khalliulin
,
P.
Klunzinger
,
A. M.
Lee
,
M. S.
Lee
,
W.
Liang
,
I.
Lotan
,
N.
Nair
,
B.
Peters
,
E. I.
Proynov
,
P. A.
Pieniazek
,
Y.
Min Rhee
,
J.
Ritchie
,
E.
Rosta
,
C.
David Sherrill
,
A. C.
Simmonett
,
J. E.
Subotnik
,
H.
Lee Woodcock
III
,
W.
Zhang
,
A. T.
Bell
,
A. K.
Chakraborty
,
D. M.
Chipman
,
F. J.
Keil
,
A.
Warshel
,
W. J.
Hehre
,
H. F.
Schaefer
III
,
J.
Kong
,
A. I.
Krylov
,
P. M. W.
Gill
, and
M.
Head-Gordon
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
8
,
3172
3191
(
2006
).
52.
F.
Neese
,
WIREs: Comput. Mol. Sci.
2
,
73
78
(
2012
).
53.
A.
Engels-Putzka
and
M.
Hanrath
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
902
,
59
65
(
2009
).
54.
S.
Das
,
D.
Mukherjee
, and
M.
Kallay
,
J. Chem. Phys.
132
,
074103
(
2010
).
55.
S. A.
Evangelista
and
J.
Gauss
,
J. Chem. Phys.
134
,
114102
(
2011
).
56.
Ch.
Li
and
S. A.
Evangelista
,
J. Chem. Theory Comput.
11
,
2097
2108
(
2015
).
57.
F.
Gai
,
K. C.
Hasson
,
J. C.
McDonald
, and
P. A.
Anfinrud
,
Science
279
,
1886
1891
(
1998
).
58.
M. O.
Lenz
,
R.
Huber
,
B.
Schmidt
,
P.
Gilch
,
R.
Kalmbach
,
M.
Engelhard
, and
J.
Wachtveitl
,
Biophys. J.
91
,
255
262
(
2006
).
59.
K.
Hasson
,
F.
Gai
, and
P.
Anfinrud
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
93
,
15124
15129
(
1996
).
60.
G. S.
Kumar
and
D. C.
Neckers
,
Chem. Rev.
89
,
1915
1925
(
1989
).
61.
H.
Rau
,
Photoisomerization of Azobenzenes
(
CRC Press
,
Boca Raton, FL
,
1990
), Vol.
2
.
62.
M.
Ben-Nun
and
T. J.
Martınez
,
Chem. Phys.
259
,
237
248
(
2000
).
63.
M.
Barbatti
,
J.
Paier
, and
H.
Lischka
,
J. Chem. Phys.
121
,
11614
11624
(
2004
).
64.
H.
Lischka
,
R.
Shepard
,
I.
Shavitt
,
R. M.
Pitzer
,
M.
Dallos
,
T.
Mueller
,
P. G.
Szalay
,
F. B.
Brown
,
R.
Ahlrichs
,
H. J.
Boehm
,
A.
Chang
,
D. C.
Comeau
,
R.
Gdanitz
,
H.
Dachsel
,
C.
Ehrhardt
,
M.
Ernzerhof
,
P.
Hoechtl
,
S.
Irle
,
G.
Kedziora
,
T.
Kovar
,
V.
Parasuk
,
M. J. M.
Pepper
,
P.
Scharf
,
H.
Schiffer
,
M.
Schindler
,
M.
Schueler
,
M.
Seth
,
E. A.
Stahlberg
,
J.-G.
Zhao
,
S.
Yabushita
,
Z.
Zhang
,
M.
Barbatti
,
S.
Matsika
,
M.
Schuurmann
,
D. R.
Yarkony
,
S. R.
Brozell
,
E. V.
Beck
,
J.-P.
Blaudeau
,
M.
Ruckenbauer
,
B.
Sellner
,
F.
Plasser
, and
J. J.
Szymczak
, COLUMBUS, anab initio electronic structure program, 2011.
65.
F.
Plasser
,
H.
Pasalic
,
M. H.
Gerzabek
,
F.
Libisch
,
R.
Reiter
,
J.
Burgdörfer
,
T.
Müller
,
R.
Shepard
, and
H.
Lischka
,
Angew. Chem., Int. Ed.
52
,
2581
2584
(
2013
).
66.
K.
Bhaskaran-Nair
,
O.
Demel
, and
J.
Pittner
,
J. Chem. Phys.
129
,
184105
(
2008
).
67.
X.
Li
and
J.
Paldus
,
J. Chem. Phys.
131
,
114103
(
2009
).
68.
D.
Whitman
and
B.
Carpenter
,
J. Am. Chem. Soc.
104
,
6473
(
1982
).
69.
B.
Carpender
,
J. Am. Chem. Soc.
105
,
1700
1701
(
1983
).
70.
T.
Saito
,
S.
Nishihara
,
Y.
Kitagawa
,
T.
Kawakami
,
S.
Yamanaka
,
M.
Okumura
, and
K.
Yamaguchi
,
Chem. Phys. Lett.
498
,
253
(
2010
).
71.
M.
Eckert-Maksi
,
M.
Vazdar
,
M.
Barbatti
,
H.
Lischka
, and
Z. B.
Maksi
,
J. Chem. Phys.
125
,
164323
(
2006
).
You do not currently have access to this content.