The combination of Frozen Density Embedding Theory (FDET) and the Algebraic Diagrammatic Construction (ADC) scheme for the polarization propagator for describing environmental effects on electronically excited states is presented. Two different ways of interfacing and expressing the so-called embedding operator are introduced. The resulting excited states are compared with supermolecular calculations of the total system at the ADC(2) level of theory. Molecular test systems were chosen to investigate molecule–environment interactions of varying strength from dispersion interaction up to multiple hydrogen bonds. The overall difference between the supermolecular and the FDE-ADC calculations in excitation energies is lower than 0.09 eV (max) and 0.032 eV in average, which is well below the intrinsic error of the ADC(2) method itself.

1.
W.
Liptay
,
Angew. Chem., Int. Ed.
8
,
177
(
1969
).
2.
J.
Tomasi
,
B.
Mennucci
, and
R.
Cammi
,
Chem. Rev.
105
,
2999
(
2005
).
3.
A.
Warshel
and
M.
Levitt
,
J. Mol. Biol.
103
,
227
(
1976
).
4.
B.
Mennucci
,
J.
Tomasi
,
R.
Cammi
,
J. R.
Cheeseman
,
M. J.
Frisch
,
F. J.
Devlin
,
S.
Gabriel
, and
P. J.
Stephens
,
J. Phys. Chem. A
106
,
6102
(
2002
).
5.
R. A.
Klein
,
B.
Mennucci
, and
J.
Tomasi
,
J. Phys. Chem. A
108
,
5851
(
2004
).
6.
J.-M.
Mewes
,
Z.-Q.
You
,
M.
Wormit
,
T.
Kriesche
,
J. M.
Herbert
, and
A.
Dreuw
,
J. Phys. Chem. A
119
,
5446
(
2015
).
7.
T. A.
Wesolowski
and
A.
Warshel
,
J. Phys. Chem.
97
,
8050
(
1993
).
8.
N.
Govind
,
Y. A.
Wang
,
A. J. R.
da Silva
, and
E. A.
Carter
,
Chem. Phys. Lett.
295
,
129
(
1998
).
9.
L. I.
Bendavid
and
E. A.
Carter
,
Status in Calculating Electronic Excited States in Transition Metal Oxides from First Principles
(
Springer
,
2014
), pp.
1
52
.
10.
T. A.
Wesolowski
,
S.
Shedge
, and
X.
Zhou
,
Chem. Rev.
115
,
5891
(
2015
).
11.
T. A.
Wesolowski
,
Phys. Rev. A
77
,
012504
(
2008
).
12.
P.
Hohenberg
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev.
136
,
B864
(
1964
).
13.
W.
Kohn
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev.
140
,
A1133
(
1965
).
14.
R.
Parr
and
W.
Yang
,
Density-Functional Theory of Atoms and Molecules
(
Oxford University Press, Clarendon Press
,
New York, Oxford, England
,
1989
).
15.
F.
Aquilante
and
T. A.
Wesołowski
,
J. Chem. Phys.
135
,
084120
(
2011
).
16.
C.
Daday
,
C.
König
,
O.
Valsson
,
J.
Neugebauer
, and
C.
Filippi
,
J. Chem. Theory Comput.
9
,
2355
(
2013
).
17.
C.
Daday
,
C.
König
,
J.
Neugebauer
, and
C.
Filippi
,
ChemPhysChem
15
,
3205
(
2014
).
18.
N.
Govind
,
Y. A.
Wang
, and
E. A.
Carter
,
J. Chem. Phys.
110
,
7677
(
1999
).
19.
A.
Dreuw
,
J. L.
Weisman
, and
M.
Head-Gordon
,
J. Chem. Phys.
119
,
2943
(
2003
).
20.
A.
Dreuw
and
M.
Head-Gordon
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
4007
(
2004
).
21.
A. D.
Laurent
and
D.
Jacquemin
,
Int. J. Quantum Chem.
113
,
2019
(
2013
).
22.
M.
Dulak
,
J. W.
Kaminski
, and
T. A.
Wesolowski
,
Int. J. Quantum Chem.
109
,
1886
(
2009
); e-print arXiv:0610288 [physics].
23.
T.
Dresselhaus
,
J.
Neugebauer
,
S.
Knecht
,
S.
Keller
,
Y.
Ma
, and
M.
Reiher
,
J. Chem. Phys.
142
,
044111
(
2015
).
24.
A. S. P.
Gomes
,
C. R.
Jacob
, and
L.
Visscher
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
10
,
5353
(
2008
).
25.
S.
Hofener
,
A. S. P.
Gomes
, and
L.
Visscher
,
J. Chem. Phys.
139
,
104106
(
2013
).
26.
D. K.
Kanan
,
S.
Sharifzadeh
, and
E. A.
Carter
,
Chem. Phys. Lett.
519
,
18
(
2012
).
27.
T. A.
Wesolowski
,
J. Chem. Phys.
140
,
18A530
(
2014
).
28.
A.
Zech
,
F.
Aquilante
, and
T. A.
Wesolowski
,
J. Chem. Phys.
143
,
164106
(
2015
).
29.
M.
Wormit
,
D. R.
Rehn
,
P. H.
Harbach
,
J.
Wenzel
,
C. M.
Krauter
,
E.
Epifanovsky
, and
A.
Dreuw
,
Mol. Phys.
112
,
774
(
2014
).
30.
A.
Dreuw
and
M.
Wormit
,
WIREs Comput. Mol. Sci.
5
,
82
(
2015
).
31.
B.
Lunkenheimer
and
A.
Khn
,
J. Chem. Theory Comput.
9
,
977
(
2013
).
32.
A. P.
Gamiz-Hernandez
,
I. N.
Angelova
,
R.
Send
,
D.
Sundholm
, and
V. R. I.
Kaila
,
Angew. Chem., Int. Ed.
54
,
11564
(
2015
).
33.
J.
Schirmer
,
Phys. Rev. A
26
,
2395
(
1982
).
34.
J.
Schirmer
and
A. B.
Trofimov
,
J. Chem. Phys.
120
,
11449
(
2004
).
35.
E. R.
Davidson
,
J. Comput. Phys.
17
,
87
(
1975
).
36.
J. P.
Perdew
and
M.
Levy
,
Phys. Rev. B
31
,
6264
(
1985
).
37.
Y. G.
Khait
and
M. R.
Hoffmann
,
J. Chem. Phys.
133
,
44107
(
2010
).
38.
Y.
Shao
,
Z.
Gan
,
E.
Epifanovsky
,
A. T.
Gilbert
,
M.
Wormit
,
J.
Kussmann
,
A. W.
Lange
,
A.
Behn
,
J.
Deng
,
X.
Feng
,
D.
Ghosh
,
M.
Goldey
,
P. R.
Horn
,
L. D.
Jacobson
,
I.
Kaliman
,
R. Z.
Khaliullin
,
T.
Ku
,
A.
Landau
,
J.
Liu
,
E. I.
Proynov
,
Y. M.
Rhee
,
R. M.
Richard
,
M. A.
Rohrdanz
,
R. P.
Steele
,
E. J.
Sundstrom
,
H.
Lee Woodcock
III
,
P. M.
Zimmerman
,
D.
Zuev
,
B.
Albrecht
,
E.
Alguire
,
B.
Austin
,
G. J. O.
Beran
,
Y. A.
Bernard
,
E.
Berquist
,
K.
Brandhorst
,
K. B.
Bravaya
,
S. T.
Brown
,
D.
Casanova
,
C.-M.
Chang
,
Y.
Chen
,
S. H.
Chien
,
K. D.
Closser
,
D. L.
Crittenden
,
M.
Diedenhofen
,
R. A.
DiStasio
, Jr.
,
H.
Do
,
A. D.
Dutoi
,
R. G.
Edgar
,
S.
Fatehi
,
L.
Fusti-Molnar
,
A.
Ghysels
,
A.
Golubeva-Zadorozhnaya
,
J.
Gomes
,
M. W.
Hanson-Heine
,
P. H.
Harbach
,
A. W.
Hauser
,
E. G.
Hohenstein
,
Z. C.
Holden
,
T.-C.
Jagau
,
H.
Ji
,
B.
Kaduk
,
K.
Khistyaev
,
J.
Kim
,
J.
Kim
,
R. A.
King
,
P.
Klunzinger
,
D.
Kosenkov
,
T.
Kowalczyk
,
C. M.
Krauter
,
K. U.
Lao
,
A. D.
Laurent
,
K. V.
Lawler
,
S. V.
Levchenko
,
C. Y.
Lin
,
F.
Liu
,
E.
Livshits
,
R. C.
Lochan
,
A.
Luenser
,
P.
Manohar
,
S. F.
Manzer
,
S.-P.
Mao
,
N.
Mardirossian
,
A. V.
Marenich
,
S. A.
Maurer
,
N. J.
Mayhall
,
E.
Neuscamman
,
C. M.
Oana
,
R.
Olivares-Amaya
,
D. P.
ONeill
,
J. A.
Parkhill
,
T. M.
Perrine
,
R.
Peverati
,
A.
Prociuk
,
D. R.
Rehn
,
E.
Rosta
,
N. J.
Russ
,
S. M.
Sharada
,
S.
Sharma
,
D. W.
Small
,
A.
Sodt
,
T.
Stein
,
D.
Stck
,
Y.-C.
Su
,
A. J.
Thom
,
T.
Tsuchimochi
,
V.
Vanovschi
,
L.
Vogt
,
O.
Vydrov
,
T.
Wang
,
M. A.
Watson
,
J.
Wenzel
,
A.
White
,
C. F.
Williams
,
J.
Yang
,
S.
Yeganeh
,
S. R.
Yost
,
Z.-Q.
You
,
I. Y.
Zhang
,
X.
Zhang
,
Y.
Zhao
,
B. R.
Brooks
,
G. K.
Chan
,
D. M.
Chipman
,
C. J.
Cramer
,
W. A.
Goddard
III
,
M. S.
Gordon
,
W. J.
Hehre
,
A.
Klamt
,
H. F.
Schaefer
III
,
M. W.
Schmidt
,
C. D.
Sherrill
,
D. G.
Truhlar
,
A.
Warshel
,
X.
Xu
,
A.
Aspuru-Guzik
,
R.
Baer
,
A. T.
Bell
,
N. A.
Besley
,
J.-D.
Chai
,
A.
Dreuw
,
B. D.
Dunietz
,
T. R.
Furlani
,
S. R.
Gwaltney
,
C.-P.
Hsu
,
Y.
Jung
,
J.
Kong
,
D. S.
Lambrecht
,
W.
Liang
,
C.
Ochsenfeld
,
V. A.
Rassolov
,
L. V.
Slipchenko
,
J. E.
Subotnik
,
T. V.
Voorhis
,
J. M.
Herbert
,
A. I.
Krylov
,
P. M.
Gill
, and
M.
Head-Gordon
,
Mol. Phys.
113
,
184
(
2015
).
39.
C.
Cramer
,
Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models
(
Wiley
,
Chichester, West Sussex, England, Hoboken, NJ
,
2004
).
40.
F.
Jensen
,
Introduction to Computational Chemistry
(
John Wiley & Sons
,
Chichester, England, Hoboken, NJ
,
2007
).
41.
G.
Karlstroem
,
R.
Lindh
,
P.-Å.
Malmqvist
,
B. O.
Roos
,
U.
Ryde
,
V.
Veryazov
,
P.-O.
Widmark
,
M.
Cossi
,
B.
Schimmelpfennig
,
P.
Neogrády
, and
L.
Seijo
, in
Proceedings of the Symposium on Software Development for Process and Materials Design
[
Comput. Mater. Sci.
28
,
222
(
2003
)].
42.
F.
Aquilante
,
L.
De Vico
,
N.
Ferré
,
G.
Ghigo
,
P.-Å.
Malmqvist
,
P.
Neogrády
,
T. B.
Pedersen
,
M.
Pitok
,
M.
Reiher
,
B. O.
Roos
,
L.
Serrano-Andrs
,
M.
Urban
,
V.
Veryazov
, and
R.
Lindh
,
J. Comput. Chem.
31
,
224
(
2010
).
43.
A.
Szabo
,
Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory
(
Dover Publications
,
Mineola, NY
,
1996
).
44.
M.
Hanwell
,
D.
Curtis
,
D.
Lonie
,
T.
Vandermeersch
,
E.
Zurek
, and
G.
Hutchison
,
J. Cheminf.
4
,
17
(
2012
).
45.
T. H.
Dunning
,
J. Chem. Phys.
90
,
1007
(
1989
).
46.
See https://software.intel.com/en-us/intel-compilers for Intel C++ and Fortran Compilers, 2015.
47.
See https://software.intel.com/en-us/intel-mkl for Intel Math Kernel Library (MKL), 2015.
48.
P. H. P.
Harbach
,
M.
Wormit
, and
A.
Dreuw
,
J. Chem. Phys.
141
,
064113
(
2014
).
49.
F.
Plasser
,
M.
Wormit
, and
A.
Dreuw
,
J. Chem. Phys.
141
,
024106
(
2014
).
50.
F.
Plasser
,
S. A.
Baeppler
,
M.
Wormit
, and
A.
Dreuw
,
J. Chem. Phys.
141
,
024107
(
2014
).
You do not currently have access to this content.