The use of projection-after-variation double-hybrid density functional theory is proposed and examined as a difference method for the calculation of excited states. The strengths and weaknesses of the proposed method are discussed with particular reference to connections with linear response coupled-cluster theory. Vertical excitation energies are computed for the 28 molecule benchmark of Schreiber and co-workers in order to compare how the model performs with linear response coupled-cluster theories and multireference perturbation theory. The findings of this study show that the proposed method can achieve standard deviations in the error of computed vertical excitation energies compared to complete active space second-order perturbation theory of similar size to linear response coupled-cluster theories.
REFERENCES
1.
C. S.
Ponseca
, Jr., P.
Chábera
, J.
Uhlig
, P.
Persson
, and V.
Sundström
, Chem. Rev.
117
, 10940
(2016
).2.
W. Y.
Teoh
, J. A.
Scott
, and R.
Amal
, J. Phys. Chem. Lett.
3
, 629
(2012
).3.
W. T.
Eckenhoff
, Coord. Chem. Rev.
373
, 295
(2018
).4.
C. N.
Evrard
, A. D.
Mahler
, and L. M.
Thompson
, in Computational Photocatalysis: Modeling of Photophysics and Photochemistry at Interfaces
, edited by Y.
Han
, D. S.
Kilin
, and S.
Kilina
(American Chemical Society
, Washington, DC
, 2019
), pp. 327
–341
.5.
M.
Mörtel
, A.
Witt
, F. W.
Heinemann
, S.
Bochmann
, J.
Bachmann
, and M. M.
Khusniyarov
, Inorg. Chem.
56
, 13174
(2017
).6.
L.
Dong
, Y.
Feng
, L.
Wang
, and W.
Feng
, Chem. Soc. Rev.
47
, 7339
(2018
).7.
E. M.
Kempfer-Robertson
and L. M.
Thompson
, J. Phys. Chem. A
124
, 3520
(2020
).8.
Y.-C.
Cheng
and G. R.
Fleming
, Annu. Rev. Phys. Chem.
60
, 241
(2009
).9.
S.
Gozem
, H. L.
Luk
, I.
Schapiro
, and M.
Olivucci
, Chem. Rev.
117
, 13502
(2017
).10.
M. M. T.
El-Tahawy
, A.
Nenov
, O.
Weingart
, M.
Olivucci
, and M.
Garavelli
, J. Phys. Chem. Lett.
9
, 3315
(2018
).11.
J.
Neugebauer
, ChemPhysChem
10
, 3148
(2009
).12.
L. M.
Thompson
, A.
Lasoroski
, P. M.
Champion
, J. T.
Sage
, M. J.
Frisch
, J. J.
van Thor
, and M. J.
Bearpark
, J. Chem. Theory Comput.
10
, 751
(2014
).13.
H.
Satzger
, D.
Townsend
, M. Z.
Zgierski
, S.
Patchkovskii
, S.
Ullrich
, and A.
Stolow
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
103
, 10196
(2006
).14.
L. M.
Thompson
, C. C.
Jarrold
, and H. P.
Hratchian
, J. Chem. Phys.
146
, 104301
(2017
).15.
J. L.
Mason
, H.
Harb
, J. E.
Topolski
, H. P.
Hratchian
, and C. C.
Jarrold
, Acc. Chem. Res.
52
, 3265
(2019
).16.
H.
Timmers
, X.
Zhu
, Z.
Li
, Y.
Kobayashi
, M.
Sabbar
, M.
Hollstein
, M.
Reduzzi
, T. J.
Martínez
, D. M.
Neumark
, and S. R.
Leone
, Nat. Commun.
10
, 3133
(2019
).17.
H.
Lischka
, D.
Nachtigallová
, A. J. A.
Aquino
, P. G.
Szalay
, F.
Plasser
, F. B. C.
Machado
, and M.
Barbatti
, Chem. Rev.
118
, 7293
(2018
).18.
M.
Head-Gordon
and A.
Dreuw
, Chem. Rev.
105
, 4009
(2005
).19.
A. T. B.
Gilbert
, N. A.
Besley
, and P. M. W.
Gill
, J. Phys. Chem. A
112
, 13164
(2008
).20.
L.
Zhao
and E.
Neuscamman
, J. Chem. Theory Comput.
12
, 3436
(2016
).21.
H.-Z.
Ye
, M.
Welborn
, N. D.
Ricke
, and T.
van Voorhis
, J. Chem. Phys.
147
, 214104
(2017
).22.
G. M. J.
Barca
, A. T. B.
Gilbert
, and P. M. W.
Gill
, J. Chem. Theory Comput.
14
, 1501
(2018
).23.
J. A. R.
Shea
and E.
Neuscamman
, J. Chem. Phys.
149
, 081101
(2018
).24.
H.-Z.
Ye
and T.
van Voorhis
, J. Chem. Theory Comput.
15
, 2954
(2019
).25.
S.
Grimme
, J. Chem. Phys.
124
, 034108
(2006
).26.
T.
Schwabe
and S.
Grimme
, Phys. Chem. Chem. Phys.
8
, 4398
(2006
).27.
A.
Ottochian
, C.
Morgillo
, I.
Ciofini
, M. J.
Frisch
, G.
Scalmani
, and C.
Adamo
, J. Comput. Chem.
41
, 1242
(2020
).28.
É.
Brémond
, M.
Savarese
, Á. J.
Pérez-Jiménez
, J. C.
Sancho-García
, and C.
Adamo
, J. Chem. Theory Comput.
13
, 5539
(2017
).29.
M.
Alipour
and N.
Karimi
, J. Chem. Phys.
146
, 234304
(2017
).30.
F. D.
Meo
, P.
Trouillas
, C.
Adamo
, and J. C.
Sancho-García
, J. Chem. Phys.
139
, 164104
(2013
).31.
L.
Goerigk
and S.
Grimme
, J. Chem. Phys.
132
, 184103
(2010
).32.
L.
Goerigk
, J.
Moellmann
, and S.
Grimme
, Phys. Chem. Chem. Phys.
11
, 4611
(2009
).33.
S.
Grimme
and F.
Neese
, J. Chem. Phys.
127
, 154116
(2007
).34.
G.
Scuseria
, C. A.
Jiménez-Hoyos
, T. M.
Henderson
, K.
Samanta
, and J. K.
Ellis
, J. Chem. Phys.
135
, 124108
(2011
).35.
C. A.
Jiménez-Hoyos
, T. M.
Henderson
, T.
Tsuchimochi
, and G.
Scuseria
, J. Chem. Phys.
136
, 164109
(2012
).36.
D. L.
Hill
and J. A.
Wheeler
, Phys. Rev.
89
, 1102
(1953
).37.
J. J.
Griffin
and J. A.
Wheeler
, Phys. Rev.
108
, 311
(1957
).38.
J. K.
Percus
and A.
Rotenberg
, J. Math. Phys.
3
, 928
(1962
).39.
R.
Lefebvre
and R.
Prat
, Chem. Phys. Lett.
1
, 388
(1967
).40.
R.
Lefebvre
and R. F.
Prat
, Int. J. Quantum Chem.
3
, 93
(1969
).41.
T.
Tsuchimochi
and T.
van Voorhis
, J. Chem. Phys.
141
, 164117
(2014
).42.
43.
C.
Sosa
and H. B.
Schlegel
, Int. J. Quantum Chem.
32
, 267
(1987
).44.
J. M.
Wittbrodt
and H. B.
Schlegel
, J. Chem. Phys.
105
, 6574
(1996
).45.
L. M.
Thompson
and H. P.
Hratchian
, J. Chem. Phys.
141
, 034108
(2014
).46.
47.
L. M.
Thompson
and H. P.
Hratchian
, Mol. Phys.
117
, 1421
(2019
).48.
R. J.
Bartlett
, Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
2
, 126
(2011
).49.
J. F.
Stanton
and R. J.
Bartlett
, J. Chem. Phys.
98
, 7029
(1993
).50.
O.
Christiansen
, H.
Koch
, and P.
Jørgensen
, Chem. Phys. Lett.
243
, 409
(1995
).51.
M.
Schreiber
, M. R.
Silva-Junior
, S. P. A.
Sauer
, and W.
Thiel
, J. Chem. Phys.
128
, 134110
(2008
).52.
C.
Azarias
, C.
Habert
, Š.
Budzák
, X.
Blase
, I.
Duchemin
, and D.
Jacquemin
, J. Phys. Chem. A
121
, 6122
(2017
).53.
D. J.
Thouless
, Nucl. Phys.
21
, 225
(1960
).54.
B. O.
Roos
, K.
Andersson
, M. P.
Fülscher
, P. A.
Malmqvist
, L.
Serrano-Andrés
, K.
Pierloot
, and M.
Merchan
, Advances in Chemical Physics
(John Wiley & Sons, Inc.
, Hoboken, NJ, USA
, 2007
), pp. 219
–331
.55.
H. J.
Kulik
, J. Chem. Phys.
142
, 240901
(2015
).56.
S.
Ghosh
, P.
Verma
, C. J.
Cramer
, L.
Gagliardi
, and D. G.
Truhlar
, Chem. Rev.
118
, 7249
(2018
).57.
É.
Brémond
, J. C.
Sancho-García
, Á. J.
Pérez-Jiménez
, and C.
Adamo
, J. Chem. Phys.
141
, 031101
(2014
).58.
S.
Kozuch
and J.
Martin
, Phys. Chem. Chem. Phys.
13
, 20104
(2011
).59.
S.
Kozuch
and J.
Martin
, J. Comput. Chem.
34
, 2327
(2013
).60.
M. J.
Frisch
, G. W.
Trucks
, H. B.
Schlegel
, G. E.
Scuseria
, M. A.
Robb
, J. R.
Cheeseman
, G.
Scalmani
, V.
Barone
, G. A.
Petersson
, H.
Nakatsuji
, X.
Li
, M.
Caricato
, A. V.
Marenich
, J.
Bloino
, B. G.
Janesko
, R.
Gomperts
, B.
Mennucci
, H. P.
Hratchian
, J. V.
Ortiz
, A. F.
Izmaylov
, J. L.
Sonnenberg
, D.
Williams-Young
, F.
Ding
, F.
Lipparini
, F.
Egidi
, J.
Goings
, B.
Peng
, A.
Petrone
, T.
Henderson
, D.
Ranasinghe
, V. G.
Zakrzewski
, J.
Gao
, N.
Rega
, G.
Zheng
, W.
Liang
, M.
Hada
, M.
Ehara
, K.
Toyota
, R.
Fukuda
, J.
Hasegawa
, M.
Ishida
, T.
Nakajima
, Y.
Honda
, O.
Kitao
, H.
Nakai
, T.
Vreven
, K.
Throssell
, J. A.
Montgomery
, Jr., J. E.
Peralta
, F.
Ogliaro
, M. J.
Bearpark
, J. J.
Heyd
, E. N.
Brothers
, K. N.
Kudin
, V. N.
Staroverov
, T. A.
Keith
, R.
Kobayashi
, J.
Normand
, K.
Raghavachari
, A. P.
Rendell
, J. C.
Burant
, S. S.
Iyengar
, J.
Tomasi
, M.
Cossi
, J. M.
Millam
, M.
Klene
, C.
Adamo
, R.
Cammi
, J. W.
Ochterski
, R. L.
Martin
, K.
Morokuma
, O.
Farkas
, J. B.
Foresman
, and D. J.
Fox
, GAUSSIAN 16 Revision A.03, Gaussian, Inc.
, Wallingford, CT
, 2016
.61.
E. J.
Sundstrom
and M.
Head-Gordon
, J. Chem. Phys.
140
, 114103
(2014
).62.
L. M.
Thompson
, J. Chem. Phys.
149
, 194106
(2018
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.