Hybridization functions are an established tool for investigating the coupling between a correlated subsystem (often a single transition metal atom) and its uncorrelated environment (the substrate and any ligands present). The hybridization function can provide valuable insight into why and how strong correlation features such as the Kondo effect can be chemically controlled in certain molecular adsorbates. To deepen this insight, we introduce a local decomposition of the hybridization function, based on a truncated cluster approach, enabling us to study individual effects on this function coming from specific parts of the systems (e.g., the surface, ligands, or parts of larger ligands). It is shown that a truncated-cluster approach can reproduce the Co 3d and Mn 3d hybridization functions from periodic boundary conditions in Co(CO)4/Cu(001) and MnPc/Ag(001) qualitatively well. By locally decomposing the hybridization functions, it is demonstrated at which energies the transition metal atoms are mainly hybridized with the substrate or with the ligand. For the Kondo-active 3dx2y2 orbital in Co(CO)4/Cu(001), the hybridization function at the Fermi energy is substrate-dominated, so we can assign its enhancement compared with ligand-free Co to an indirect effect of ligand–substrate interactions. In MnPc/Ag(001), the same is true for the Kondo-active orbital, but for two other orbitals, there are both direct and indirect effects of the ligand, together resulting in such strong screening that their potential Kondo activity is suppressed. A local decomposition of hybridization functions could also be useful in other areas, such as analyzing the electrode self-energies in molecular junctions.

1.
G. D.
Scott
and
D.
Natelson
,
ACS Nano
4
,
3560
(
2010
).
2.
Y.-h.
Zhang
,
S.
Kahle
,
T.
Herden
,
C.
Stroh
,
M.
Mayor
,
U.
Schlickum
,
M.
Ternes
,
P.
Wahl
, and
K.
Kern
,
Nat. Commun.
4
,
2110
(
2013
).
3.
D.
Jacob
,
J. Phys.: Condens. Matter
30
,
354003
(
2018
).
4.
C.
Romeike
,
M. R.
Wegewijs
,
W.
Hofstetter
, and
H.
Schoeller
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
206601
(
2006
).
5.
R.
Frisenda
,
R.
Gaudenzi
,
C.
Franco
,
M.
Mas-Torrent
,
C.
Rovira
,
J.
Veciana
,
I.
Alcon
,
S. T.
Bromley
,
E.
Burzurí
, and
H. S. J.
van der Zant
,
Nano Lett.
15
,
3109
(
2015
).
6.
W.
Liang
,
M. P.
Shores
,
M.
Bockrath
,
J. R.
Long
, and
H.
Park
,
Nature
417
,
725
(
2002
).
7.
J.
Liu
,
H.
Isshiki
,
K.
Katoh
,
T.
Morita
,
K. B.
Brian
,
M.
Yamashita
, and
T.
Komeda
,
J. Am. Chem. Soc.
135
,
651
(
2013
).
8.
R.
Requist
,
P. P.
Baruselli
,
A.
Smogunov
,
M.
Fabrizio
,
S.
Modesti
, and
E.
Tosatti
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
499
(
2016
).
9.
L.
Gao
,
W.
Ji
,
Y. B.
Hu
,
Z. H.
Cheng
,
Z. T.
Deng
,
Q.
Liu
,
N.
Jiang
,
X.
Lin
,
W.
Guo
,
S. X.
Du
, and
W. A.
Hofer
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
106402
(
2007
).
10.
Z.
Huang
,
Y.
Zhang
,
Y.
He
,
H.
Song
,
C.
Yin
, and
K.
Wu
,
Chem. Soc. Rev.
46
,
1955
(
2017
).
11.
T.
Pope
,
S.
Du
,
H.-J.
Gao
, and
W. A.
Hofer
,
Chem. Commun.
54
,
5508
(
2018
).
12.
L.
Kouvenhoven
and
L.
Glazman
,
Phys. World
14
,
33
(
2001
).
13.
S. M.
Cronenwett
,
T. H.
Oosterkamp
, and
L. P.
Kouwenhoven
,
Science
281
,
540
(
1998
).
15.
T.
Choi
,
S.
Bedwani
,
A.
Rochefort
,
C.-Y.
Chen
,
A. J.
Epstein
, and
J. A.
Gupta
,
Nano Lett.
10
,
4175
(
2010
).
16.
T.
Choi
,
M.
Badal
,
S.
Loth
,
J.-W.
Yoo
,
C. P.
Lutz
,
A. J.
Heinrich
,
A. J.
Epstein
,
D. G.
Stroud
, and
J. A.
Gupta
,
Nano Lett.
14
,
1196
(
2014
).
17.
M.-L.
Bocquet
,
N.
Lorente
,
R.
Berndt
, and
M.
Gruber
,
Angew. Chem., Int. Ed.
58
,
821
(
2019
).
18.
A.
Zhao
,
Q.
Li
,
L.
Chen
,
H.
Xiang
,
W.
Wang
,
S.
Pan
,
B.
Wang
,
X.
Xiao
,
J.
Yang
,
J. G.
Hou
, and
Q.
Zhu
,
Science
309
,
1542
(
2005
).
19.
R.
Temirov
,
A.
Lassise
,
F. B.
Anders
, and
F. S.
Tautz
,
Nanotechnology
19
,
065401
(
2008
).
20.
N.
Tsukahara
,
E.
Minamitani
,
Y.
Kim
,
M.
Kawai
, and
N.
Takagi
,
J. Chem. Phys.
141
,
054702
(
2014
).
21.
T.
Knaak
,
M.
Gruber
,
C.
Lindström
,
M.-L.
Bocquet
,
J.
Heck
, and
R.
Berndt
,
Nano Lett.
17
,
7146
(
2017
).
22.
P.
Stoll
,
C.
Lotze
,
J. N.
Ladenthin
,
T. R.
Umbach
,
I.
Fernández-Torrente
, and
K. J.
Franke
,
J. Phys.: Condens. Matter
30
,
454002
(
2018
).
23.
P.
Jacobson
,
T.
Herden
,
M.
Muenks
,
G.
Laskin
,
O.
Brovko
,
V.
Stepanyuk
,
M.
Ternes
, and
K.
Kern
,
Nat. Commun.
6
,
8536
(
2015
).
24.
V.
Iancu
,
A.
Deshpande
, and
S.-W.
Hla
,
Nano Lett.
6
,
820
(
2006
).
25.
J.
Meyer
,
R.
Ohmann
,
A.
Nickel
,
C.
Toher
,
R.
Gresser
,
K.
Leo
,
D. A.
Ryndyk
,
F.
Moresco
, and
G.
Cuniberti
,
Phys. Rev. B
93
,
155118
(
2016
).
26.
J. J.
Parks
,
A. R.
Champagne
,
T. A.
Costi
,
W. W.
Shum
,
A. N.
Pasupathy
,
E.
Neuscamman
,
S.
Flores-Torres
,
P. S.
Cornaglia
,
A. A.
Aligia
,
C. A.
Balseiro
et al,
Science
328
,
1370
(
2010
).
27.
B.
Maughan
,
P.
Zahl
,
P.
Sutter
, and
O. L. A.
Monti
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
1837
(
2017
).
28.
J.
Bouaziz
,
F. S. M.
Guimarães
, and
S.
Lounis
,
Nat. Commun.
11
,
6112
(
2020
).
29.
A.
Valli
,
M. P.
Bahlke
,
A.
Kowalski
,
M.
Karolak
,
C.
Herrmann
, and
G.
Sangiovanni
,
Phys. Rev. Res.
2
,
033432
(
2020
).
30.
F.
Liu
,
C.
Duan
, and
H. J.
Kulik
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
8067
(
2020
).
31.
C. R.
Jacob
and
M.
Reiher
,
Int. J. Quantum Chem.
112
,
3661
(
2012
).
32.
J.
Brüggemann
and
C. R.
Jacob
,
Faraday Discuss.
224
,
56
(
2020
).
33.
A. C.
Hewson
,
The Kondo Problem to Heavy Fermions
(
Cambridge University Press
,
Cambridge
,
1997
).
34.
J.
Kügel
,
M.
Karolak
,
A.
Krönlein
,
J.
Senkpiel
,
P.-J.
Hsu
,
G.
Sangiovanni
, and
M.
Bode
,
Phys. Rev. B
91
,
235130
(
2015
).
35.
M. P.
Bahlke
,
P.
Wahl
,
L.
Diekhöner
, and
C.
Herrmann
,
J. Appl. Phys.
125
,
142910
(
2019
).
36.
P.-O.
Löwdin
,
J. Chem. Phys.
18
,
365
(
1950
).
37.
F.
Heidar-Zadeh
,
P. W.
Ayers
,
T.
Verstraelen
,
I.
Vinogradov
,
E.
Vöhringer-Martinez
, and
P.
Bultinck
,
J. Phys. Chem. A
122
,
4219
(
2018
).
38.
M. G.
Reuter
and
R. J.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
139
,
114104
(
2013
).
39.
M.
Soriano
and
J. J.
Palacios
,
Phys. Rev. B
90
,
075128
(
2014
).
40.
A. H.
Mühlbach
and
M.
Reiher
,
J. Chem. Phys.
149
,
184104
(
2018
).
41.
R. F. W.
Bader
,
Atoms in Molecules: A Quantum Theory
(
Oxford University Press
,
New York
,
1994
).
42.
A. E.
Clark
and
E. R.
Davidson
,
Int. J. Quantum Chem.
93
,
384
(
2003
).
43.
A. E.
Reed
,
R. B.
Weinstock
, and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
83
,
735
(
1984
).
44.
E. R.
Davidson
,
J. Chem. Phys.
46
,
3320
(
1967
).
45.
I.
Mayer
,
Chem. Phys. Lett.
424
,
499
(
1995
).
46.
F. L.
Hirshfeld
,
Theor. Chim. Acta
44
,
129
(
1977
).
47.
R. S.
Mulliken
,
J. Chem. Phys.
23
,
1833
(
1955
).
48.
B.
Surer
,
M.
Troyer
,
P.
Werner
,
T. O.
Wehling
,
A. M.
Läuchli
,
A.
Wilhelm
, and
A. I.
Lichtenstein
,
Phys. Rev. B
85
,
085114
(
2012
).
49.
E.
Gorelov
,
T. O.
Wehling
,
A. N.
Rubtsov
,
M. I.
Katsnelson
, and
A. I.
Lichtenstein
,
Phys. Rev. B
80
,
155132
(
2009
).
50.
A.
Droghetti
and
I.
Rungger
,
Phys. Rev. B
95
,
085131
(
2017
).
51.
W. H.
Appelt
,
A.
Droghetti
,
L.
Chioncel
,
M. M.
Radonjić
,
E.
Muñoz
,
S.
Kirchner
,
D.
Vollhardt
, and
I.
Rungger
,
Nanoscale
10
,
17738
(
2018
).
52.
J. C.
Slater
,
Quantum Theory of Atomic Structure
(
McGraw-Hill
,
New York
,
1960
).
53.
E.
Gull
,
A. J.
Millis
,
A. I.
Lichtenstein
,
A. N.
Rubtsov
,
M.
Troyer
, and
P.
Werner
,
Rev. Mod. Phys.
83
,
349
(
2011
).
54.
Y.
Lu
and
M. W.
Haverkort
,
Eur. Phys. J.: Spec. Top.
226
,
2549
(
2017
).
55.
A. I.
Lichtenstein
and
M. I.
Katsnelson
,
Phys. Rev. B
57
,
6884
(
1998
).
56.
H.
Shinaoka
,
E.
Gull
, and
P.
Werner
,
Comput. Phys. Commun.
215
,
128
(
2017
).
57.
D.
Jacob
,
J. Phys.: Condens. Matter
27
,
245606
(
2015
).
58.
Chemical Dynamics in Condensed Phases: Relaxation, Transfer, and Reactions in Condensed Molecular Systems
, edited by
A.
Nitzan
(
Oxford University Press
,
Oxford
,
2006
).
59.
60.
I.
Mayer
,
Int. J. Quantum Chem.
90
,
63
(
2002
).
61.
I.
Kondov
,
M.
Čížek
,
C.
Benesch
,
H.
Wang
, and
M.
Thoss
,
J. Phys. Chem. C
111
,
11970
(
2007
).
62.
Z.
Futera
and
J.
Blumberger
,
J. Phys. Chem. C
121
,
19677
(
2017
).
63.
S.
Ghan
,
C.
Kunkel
,
K.
Reuter
, and
H.
Oberhofer
,
J. Chem. Theory Comput.
16
,
7431
(
2020
).
64.
X.
Gonze
,
F.
Jollet
,
F.
Abreu Araujo
,
D.
Adams
,
B.
Amadon
,
T.
Applencourt
,
C.
Audouze
,
J.-M.
Beuken
,
J.
Bieder
,
A.
Bokhanchuk
,
E.
Bousquet
,
F.
Bruneval
,
D.
Caliste
,
M.
Côté
,
F.
Dahm
,
F.
Da Pieve
,
M.
Delaveau
,
M.
Di Gennaro
,
B.
Dorado
,
C.
Espejo
,
G.
Geneste
,
L.
Genovese
,
A.
Gerossier
,
M.
Giantomassi
,
Y.
Gillet
,
D. R.
Hamann
,
L.
He
,
G.
Jomard
,
J.
Laflamme Janssen
,
S.
Le Roux
,
A.
Levitt
,
A.
Lherbier
,
F.
Liu
,
I.
Lukačević
,
A.
Martin
,
C.
Martins
,
M. J. T.
Oliveira
,
S.
Poncé
,
Y.
Pouillon
,
T.
Rangel
,
G.-M.
Rignanese
,
A. H.
Romero
,
B.
Rousseau
,
O.
Rubel
,
A. A.
Shukri
,
M.
Stankovski
,
M.
Torrent
,
M. J.
Van Setten
,
B.
Van Troeye
,
M. J.
Verstraete
,
D.
Waroquiers
,
J.
Wiktor
,
B.
Xu
,
A.
Zhou
, and
J. W.
Zwanziger
,
Comput. Phys. Commun.
205
,
106
(
2016
).
65.
X.
Gonze
,
B.
Amadon
,
G.
Antonius
,
F.
Arnardi
,
L.
Baguet
,
J.-M.
Beuken
,
J.
Bieder
,
F.
Bottin
,
J.
Bouchet
,
E.
Bousquet
,
N.
Brouwer
,
F.
Bruneval
,
G.
Brunin
,
T.
Cavignac
,
J.-B.
Charraud
,
W.
Chen
,
M.
Côté
,
S.
Cottenier
,
J.
Denier
,
G.
Geneste
,
P.
Ghosez
,
M.
Giantomassi
,
Y.
Gillet
,
O.
Gingras
,
D. R.
Hamann
,
G.
Hautier
,
X.
He
,
N.
Helbig
,
N.
Holzwarth
,
Y.
Jia
,
F.
Jollet
,
W.
Lafargue-Dit-Hauret
,
K.
Lejaeghere
,
M. A. L.
Marques
,
A.
Martin
,
C.
Martins
,
H. P. C.
Miranda
,
F.
Naccarato
,
K.
Persson
,
G.
Petretto
,
V.
Planes
,
Y.
Pouillon
,
S.
Prokhorenko
,
F.
Ricci
,
G.-M.
Rignanese
,
A. H.
Romero
,
M. M.
Schmitt
,
M.
Torrent
,
M. J.
van Setten
,
B.
Van Troeye
,
M. J.
Verstraete
,
G.
Zérah
, and
J. W.
Zwanziger
,
Comput. Phys. Commun.
248
,
107042
(
2020
).
66.
H.
Shinaoka
,
S.
Hoshino
,
M.
Troyer
, and
P.
Werner
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
156401
(
2015
).
67.
T.
Jabben
,
N.
Grewe
, and
S.
Schmitt
,
Phys. Rev. B
85
,
045133
(
2012
).
68.
G.
Guennebaud
,
B.
Jacob
et al, Eigen v3, http://eigen.tuxfamily.org,
2010
.
69.
OpenMP Application Programming Interface Version 5.0, https://www.openmp.org/specifications.
71.
M.
Head-Gordon
and
J. C.
Tully
,
Phys. Rev. B
46
,
1853
(
1992
).
72.
R.
van Santen
,
J. Mol. Catal. A: Chem.
115
,
405
(
1997
).
73.
W. B.
Schneider
,
U.
Benedikt
, and
A. A.
Auer
,
ChemPhysChem
14
,
2984
(
2013
).
74.
O.
Tsendra
,
A. M.
Scott
,
L.
Gorb
,
A. D.
Boese
,
F. C.
Hill
,
M. M.
Ilchenko
,
D.
Leszczynska
, and
J.
Leszczynski
,
J. Phys. Chem. C
118
,
3023
(
2014
).
75.
R. J.
Maurer
,
M.
Askerka
,
V. S.
Batista
, and
J. C.
Tully
,
Phys. Rev. B
94
,
115432
(
2016
).
76.
L.
Groß
,
M. P.
Bahlke
,
T.
Steenbock
,
C.
Klinke
, and
C.
Herrmann
,
J. Comput. Chem.
38
,
861
(
2017
).
77.
J.
Banerjee
,
S.
Behnle
,
M. C. E.
Galbraith
,
V.
Settels
,
B.
Engels
,
R.
Tonner
, and
R. F.
Fink
,
J. Comput. Chem.
39
,
844
(
2018
).
78.
S. N.
Yaliraki
,
A. E.
Roitberg
,
C.
Gonzalez
,
V.
Mujica
, and
M. A.
Ratner
,
J. Chem. Phys.
111
,
6997
(
1999
).
79.
Y.
Luo
,
C.-K.
Wang
, and
Y.
Fu
,
J. Chem. Phys.
117
,
10283
(
2002
).
80.
A.
Nitzan
and
M. A.
Ratner
,
Science
300
,
1384
(
2003
).
81.
C.
Herrmann
,
G. C.
Solomon
, and
M. A.
Ratner
,
J. Am. Chem. Soc.
132
,
3682
(
2010
).
82.
R.
Hayakawa
,
M. A.
Karimi
,
J.
Wolf
,
T.
Huhn
,
M. S.
Zöllner
,
C.
Herrmann
, and
E.
Scheer
,
Nano Lett.
16
,
4960
(
2016
).
83.
M.
Strange
,
I. S.
Kristensen
,
K. S.
Thygesen
, and
K. W.
Jacobsen
,
J. Chem. Phys.
128
,
114714
(
2008
).
84.
K. S.
Thygesen
and
K. W.
Jacobsen
,
Chem. Phys.
319
,
111
(
2005
).
85.
G.
Knizia
,
J. Chem. Theory Comput.
9
,
4834
(
2013
).
86.
P.
Wahl
,
L.
Diekhöner
,
M. A.
Schneider
,
L.
Vitali
,
G.
Wittich
, and
K.
Kern
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
176603
(
2004
).
87.
P.
Wahl
,
L.
Diekhöner
,
G.
Wittich
,
L.
Vitali
,
M. A.
Schneider
, and
K.
Kern
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
166601
(
2005
).
88.
J.
Kügel
,
M.
Karolak
,
J.
Senkpiel
,
P.-J.
Hsu
,
G.
Sangiovanni
, and
M.
Bode
,
Nano Lett.
14
,
3895
(
2014
).
89.
TURBOMOLE V7.1 2016, a development of University of Karlsruhe and Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 1989–2007, TURBOMOLE GmbH, since 2007; available at http://www.turbomole.com.
90.
J. P.
Perdew
and
Y.
Wang
,
Phys. Rev. B
45
,
13244
(
1992
).
91.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
92.
F.
Weigend
and
R.
Ahlrichs
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
7
,
3297
(
2005
).
93.
A.
Hellweg
,
C.
Hättig
,
S.
Höfener
, and
W.
Klopper
,
Theor. Chem. Acc.
117
,
587
(
2007
).
94.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
49
,
14251
(
1994
).
95.
G.
Kresse
,
J. Non-Cryst. Solids
192-193
,
222
(
1995
), part of Special Issue: Structure of Non-Crystalline Materials 6.
96.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
97.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
).
98.
99.
G.
Kresse
and
D.
Joubert
,
Phys. Rev. B
59
,
1758
(
1999
).
100.
J.
Kügel
,
M.
Karolak
,
A.
Krönlein
,
J.
Senkpiel
,
P.-J.
Hsu
,
G.
Sangiovanni
, and
M.
Bode
,
Phys. Rev. B
91
,
235130
(
2015
).
101.
S.
Grimme
,
J.
Antony
,
S.
Ehrlich
, and
H.
Krieg
,
J. Chem. Phys.
132
,
154104
(
2010
).
102.
S.
Grimme
,
S.
Ehrlich
, and
L.
Goerigk
,
J. Comput. Chem.
32
,
1456
(
2011
).
103.
D.
Jacob
,
M.
Soriano
, and
J.
Palacios
,
Phys. Rev. B
88
,
134417
(
2013
).
104.
J.
Kügel
,
M.
Karolak
,
A.
Krönlein
,
D.
Serrate
,
M.
Bode
, and
G.
Sangiovanni
,
npj Quantum Mater.
3
,
53
(
2018
); arXiv:1811.11294v1.
105.
Y.
Wang
,
X.
Li
, and
J.
Yang
,
J. Chem. Phys.
151
,
224704
(
2019
).
106.
G.
Gandus
,
A.
Valli
,
D.
Passerone
, and
R.
Stadler
,
J. Chem. Phys.
153
,
194103
(
2020
).
107.
T. N.
Lan
,
A. A.
Kananenka
, and
D.
Zgid
,
J. Chem. Theory Comput.
12
,
4856
(
2016
).
108.
C.
Stemmle
and
B.
Paulus
,
Int. J. Quantum Chem.
119
,
e26007
(
2019
).
109.
C. J.
Stein
and
M.
Reiher
,
Mol. Phys.
115
,
2110
(
2017
).
110.
S.
Grimme
and
A.
Hansen
,
Angew. Chem., Int. Ed.
54
,
12308
(
2015
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.