In the density functional theory, dispersion corrected semilocal approximations are often used to benchmark weekly interacting finite and extended systems. Here, the focus is on providing a broad overview of the performance of D3 dispersion corrected revised Tao–Mo (revTM) semilocal functionals [A. Patra et al., J. Chem. Phys. 153, 084 117 (2020)] for thermochemistry and kinetics of molecules, molecular crystals, ice polymorphs, metal–organic systems, atom/molecular adsorption on solids, water interacting with nano-materials, binding energies of layered materials, and properties of weekly and strongly bonded solids. We show that the most suitable “optimized power” function for the revTM functional needs a modification to make it suitable for properties related to the diverse nature of finite and extended systems. The present work is an extension of the previously proposed revTM+D3 method with the motivation to design and benchmark the dispersion corrected cost-effective method based on this semilocal approximation. We show that the revised revTM+D3 functional provides various general purpose molecular and solid properties with the closest to experimental findings than its predecessor. The present assessment and benchmarking can be practically useful for performing cost-effective method based simulations of various molecular and solid-state properties.

1.
P.
Hohenberg
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev.
136
,
B864
(
1964
).
2.
W.
Kohn
and
L. J.
Sham
,
Phys. Rev.
140
,
A1133
(
1965
).
3.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
4.
A. D.
Becke
,
Phys. Rev. A
38
,
3098
(
1988
).
5.
C.
Lee
,
W.
Yang
, and
R. G.
Parr
,
Phys. Rev. B
37
,
785
(
1988
).
6.
J. P.
Perdew
,
J. A.
Chevary
,
S. H.
Vosko
,
K. A.
Jackson
,
M. R.
Pederson
,
D. J.
Singh
, and
C.
Fiolhais
,
Phys. Rev. B
46
,
6671
(
1992
).
7.
R.
Armiento
and
A. E.
Mattsson
,
Phys. Rev. B
72
,
085108
(
2005
).
8.
Z.
Wu
and
R. E.
Cohen
,
Phys. Rev. B
73
,
235116
(
2006
).
9.
Y.
Zhao
and
D. G.
Truhlar
,
J. Chem. Phys.
128
,
184109
(
2008
).
10.
L. A.
Constantin
,
A.
Terentjevs
,
F.
Della Sala
, and
E.
Fabiano
,
Phys. Rev. B
91
,
041120
(
2015
).
11.
E.
Fabiano
,
L. A.
Constantin
, and
F.
Della Sala
,
Int. J. Quantum Chem.
113
,
673
(
2013
).
12.
A.
Cancio
,
G. P.
Chen
,
B. T.
Krull
, and
K.
Burke
,
J. Chem. Phys.
149
,
084116
(
2018
).
13.
A. D.
Becke
and
M. R.
Roussel
,
Phys. Rev. A
39
,
3761
(
1989
).
14.
T.
Van Voorhis
and
G. E.
Scuseria
,
J. Chem. Phys.
109
,
400
(
1998
).
15.
Y.
Zhao
and
D. G.
Truhlar
,
J. Chem. Phys.
125
,
194101
(
2006
).
16.
J.
Tao
,
J. P.
Perdew
,
V. N.
Staroverov
, and
G. E.
Scuseria
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
146401
(
2003
).
17.
J. P.
Perdew
,
A.
Ruzsinszky
,
G. I.
Csonka
,
L. A.
Constantin
, and
J.
Sun
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
026403
(
2009
).
18.
L. A.
Constantin
,
E.
Fabiano
,
J. M.
Pitarke
, and
F.
Della Sala
,
Phys. Rev. B
93
,
115127
(
2016
).
19.
J.
Sun
,
R.
Haunschild
,
B.
Xiao
,
I. W.
Bulik
,
G. E.
Scuseria
, and
J. P.
Perdew
,
J. Chem. Phys.
138
,
044113
(
2013
).
20.
J.
Sun
,
J. P.
Perdew
, and
A.
Ruzsinszky
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
112
,
685
(
2015
).
21.
A.
Ruzsinszky
,
J.
Sun
,
B.
Xiao
, and
G. I.
Csonka
,
J. Chem. Theory Comput.
8
,
2078
(
2012
).
22.
J.
Sun
,
A.
Ruzsinszky
, and
J. P.
Perdew
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
036402
(
2015
).
23.
J.
Tao
and
Y.
Mo
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
073001
(
2016
).
24.
Y.
Wang
,
X.
Jin
,
H. S.
Yu
,
D. G.
Truhlar
, and
X.
He
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
114
,
8487
(
2017
).
25.
P. D.
Mezei
,
G. I.
Csonka
, and
M.
Kállay
,
J. Chem. Theory Comput.
14
,
2469
(
2018
).
26.
S.
Jana
,
K.
Sharma
, and
P.
Samal
,
J. Phys. Chem. A
123
,
6356
(
2019
).
27.
B.
Patra
,
S.
Jana
,
L. A.
Constantin
, and
P.
Samal
,
Phys. Rev. B
100
,
155140
(
2019
).
28.
A.
Patra
,
S.
Jana
, and
P.
Samal
,
J. Chem. Phys.
153
,
184112
(
2020
).
29.
J. W.
Furness
,
A. D.
Kaplan
,
J.
Ning
,
J. P.
Perdew
, and
J.
Sun
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
8208
(
2020
).
30.
S.
Jana
,
S. K.
Behera
,
S.
Śmiga
,
L. A.
Constantin
, and
P.
Samal
,
New J. Phys.
23
,
063007
(
2021
).
31.
S.
Jana
,
S. K.
Behera
,
S.
Śmiga
,
L. A.
Constantin
, and
P.
Samal
,
J. Chem. Phys.
155
,
024103
(
2021
).
32.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
1372
(
1993
).
33.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
(
1993
).
34.
J.
Heyd
,
G. E.
Scuseria
, and
M.
Ernzerhof
,
J. Chem. Phys.
118
,
8207
(
2003
).
35.
C.
Adamo
and
V.
Barone
,
J. Chem. Phys.
110
,
6158
(
1999
).
36.
C.
Adamo
,
G. E.
Scuseria
, and
V.
Barone
,
J. Chem. Phys.
111
,
2889
(
1999
).
37.
S.
Jana
,
B.
Patra
,
S.
Śmiga
,
L. A.
Constantin
, and
P.
Samal
,
Phys. Rev. B
102
,
155107
(
2020
).
38.
S.
Jana
,
A.
Patra
,
L. A.
Constantin
, and
P.
Samal
,
J. Chem. Phys.
152
,
044111
(
2020
).
39.
S.
Jana
,
A.
Patra
,
L. A.
Constantin
,
H.
Myneni
, and
P.
Samal
,
Phys. Rev. A
99
,
042515
(
2019
).
40.
A.
Otero-de-la-Roza
and
E. R.
Johnson
,
J. Chem. Phys.
137
,
054103
(
2012
).
41.
B.
Schatschneider
,
S.
Monaco
,
A.
Tkatchenko
, and
J.-J.
Liang
,
J. Phys. Chem. A
117
,
8323
(
2013
).
42.
J. G.
Brandenburg
,
T.
Maas
, and
S.
Grimme
,
J. Chem. Phys.
142
,
124104
(
2015
).
43.
S.
Dohm
,
A.
Hansen
,
M.
Steinmetz
,
S.
Grimme
, and
M. P.
Checinski
,
J. Chem. Theory Comput.
14
,
2596
(
2018
).
44.
A.
Patra
,
S.
Jana
,
L. A.
Constantin
, and
P.
Samal
,
J. Chem. Phys.
153
,
084117
(
2020
).
45.
S.
Jana
,
A.
Patra
,
S.
Śmiga
,
L. A.
Constantin
, and
P.
Samal
,
J. Chem. Phys.
153
,
214116
(
2020
).
46.
T.
Bučko
,
S.
Lebègue
,
T.
Gould
, and
J. G.
Ángyán
,
J. Phys.: Condens. Matter
28
,
045201
(
2016
).
47.
J.
Moellmann
and
S.
Grimme
,
J. Phys. Chem. C
118
,
7615
(
2014
).
48.
A. V.
Terentjev
,
L. A.
Constantin
, and
J. M.
Pitarke
,
Phys. Rev. B
98
,
214108
(
2018
).
49.
S.
Grimme
,
A.
Hansen
,
S.
Ehlert
, and
J.-M.
Mewes
,
J. Chem. Phys.
154
,
064103
(
2021
).
50.
F.
Della Sala
,
E.
Fabiano
, and
L. A.
Constantin
,
Int. J. Quantum Chem.
116
,
1641
(
2016
).
51.
S.
Jana
,
L. A.
Constantin
, and
P.
Samal
,
J. Chem. Theory Comput.
16
,
974
(
2020
).
52.
K.
Sharkas
,
K.
Wagle
,
B.
Santra
,
S.
Akter
,
R. R.
Zope
,
T.
Baruah
,
K. A.
Jackson
,
J. P.
Perdew
, and
J. E.
Peralta
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
117
,
11283
(
2020
).
53.
Y.
Yamamoto
,
S.
Romero
,
T.
Baruah
, and
R. R.
Zope
,
J. Chem. Phys.
152
,
174112
(
2020
).
54.
J.
Vargas
,
P.
Ufondu
,
T.
Baruah
,
Y.
Yamamoto
,
K. A.
Jackson
, and
R. R.
Zope
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
22
,
3789
(
2020
).
55.
R. R.
Zope
,
Y.
Yamamoto
,
C. M.
Diaz
,
T.
Baruah
,
J. E.
Peralta
,
K. A.
Jackson
,
B.
Santra
, and
J. P.
Perdew
,
J. Chem. Phys.
151
,
214108
(
2019
).
56.
Y.
Yamamoto
,
C. M.
Diaz
,
L.
Basurto
,
K. A.
Jackson
,
T.
Baruah
, and
R. R.
Zope
,
J. Chem. Phys.
151
,
154105
(
2019
).
57.
C.
Shahi
,
P.
Bhattarai
,
K.
Wagle
,
B.
Santra
,
S.
Schwalbe
,
T.
Hahn
,
J.
Kortus
,
K. A.
Jackson
,
J. E.
Peralta
,
K.
Trepte
,
S.
Lehtola
,
N. K.
Nepal
,
H.
Myneni
,
B.
Neupane
,
S.
Adhikari
,
A.
Ruzsinszky
,
Y.
Yamamoto
,
T.
Baruah
,
R. R.
Zope
, and
J. P.
Perdew
,
J. Chem. Phys.
150
,
174102
(
2019
).
58.
J.
Sun
,
R. C.
Remsing
,
Y.
Zhang
,
Z.
Sun
,
A.
Ruzsinszky
,
H.
Peng
,
Z.
Yang
,
A.
Paul
,
U.
Waghmare
,
X.
Wu
,
M. L.
Klein
, and
J. P.
Perdew
,
Nat. Chem.
8
,
831
(
2016
).
59.
L.
Goerigk
,
A.
Hansen
,
C.
Bauer
,
S.
Ehrlich
,
A.
Najibi
, and
S.
Grimme
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
19
,
32184
(
2017
).
60.
T.
Björkman
,
A.
Gulans
,
A. V.
Krasheninnikov
, and
R. M.
Nieminen
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
235502
(
2012
).
61.
T.
Björkman
,
J. Chem. Phys.
141
,
074708
(
2014
).
62.
T.
Björkman
,
Phys. Rev. B
86
,
165109
(
2012
).
63.
A.
Patra
,
S.
Jana
, and
P.
Samal
,
J. Phys. Chem. A
123
,
10582
(
2019
).
64.
S.
Śmiga
,
S.
Siecińska
, and
E.
Fabiano
,
Phys. Rev. B
101
,
165144
(
2020
).
65.
A. P.
Bartók
and
J. R.
Yates
,
J. Chem. Phys.
150
,
161101
(
2019
).
66.
S.
Śmiga
,
E.
Fabiano
,
S.
Laricchia
,
L. A.
Constantin
, and
F.
Della Sala
,
J. Chem. Phys.
142
,
154121
(
2015
).
67.
S.
Śmiga
,
E.
Fabiano
,
L. A.
Constantin
, and
F.
Della Sala
,
J. Chem. Phys.
146
,
064105
(
2017
).
68.
D.
Mejia-Rodriguez
and
S. B.
Trickey
,
Phys. Rev. A
96
,
052512
(
2017
).
69.
D.
Mejía-Rodríguez
and
S. B.
Trickey
,
Phys. Rev. B
102
,
121109
(
2020
).
70.
D.
Mejía-Rodríguez
and
S. B.
Trickey
,
J. Phys. Chem. A
124
,
9889
(
2020
).
71.
Y.
Mo
,
R.
Car
,
V. N.
Staroverov
,
G. E.
Scuseria
, and
J.
Tao
,
Phys. Rev. B
95
,
035118
(
2017
).
72.
Y.
Mo
,
G.
Tian
, and
J.
Tao
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
19
,
21707
(
2017
).
73.
S.
Grimme
,
J. Comput. Chem.
27
,
1787
(
2006
).
74.
S.
Grimme
,
J.
Antony
,
S.
Ehrlich
, and
H.
Krieg
,
J. Chem. Phys.
132
,
154104
(
2010
).
75.
E. R.
Johnson
and
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
123
,
024101
(
2005
).
76.
A. D.
Becke
and
E. R.
Johnson
,
J. Chem. Phys.
122
,
154104
(
2005
).
77.
A. D.
Becke
and
E. R.
Johnson
,
J. Chem. Phys.
123
,
154101
(
2005
).
78.
E. R.
Johnson
and
G. A.
DiLabio
,
Chem. Phys. Lett.
419
,
333
(
2006
).
79.
H.
Schröder
,
A.
Creon
, and
T.
Schwabe
,
J. Chem. Theory Comput.
11
,
3163
(
2015
).
80.
J.
Witte
,
N.
Mardirossian
,
J. B.
Neaton
, and
M.
Head-Gordon
,
J. Chem. Theory Comput.
13
,
2043
(
2017
).
81.
J. G.
Brandenburg
,
J. E.
Bates
,
J.
Sun
, and
J. P.
Perdew
,
Phys. Rev. B
94
,
115144
(
2016
).
82.
B. M.
Axilrod
and
E.
Teller
,
J. Chem. Phys.
11
,
299
(
1943
).
83.
S.
Grimme
,
J. G.
Brandenburg
,
C.
Bannwarth
, and
A.
Hansen
,
J. Chem. Phys.
143
,
054107
(
2015
).
84.
G. A.
Dolgonos
,
J.
Hoja
, and
A. D.
Boese
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
21
,
24333
(
2019
).
85.
Y. S.
Al-Hamdani
,
M.
Rossi
,
D.
Alfè
,
T.
Tsatsoulis
,
B.
Ramberger
,
J. G.
Brandenburg
,
A.
Zen
,
G.
Kresse
,
A.
Grüneis
,
A.
Tkatchenko
, and
A.
Michaelides
,
J. Chem. Phys.
147
,
044710
(
2017
).
86.
J. G.
Brandenburg
,
A.
Zen
,
D.
Alfè
, and
A.
Michaelides
,
J. Chem. Phys.
151
,
164702
(
2019
).
87.
Y.
Shao
,
L. F.
Molnar
,
Y.
Jung
,
J.
Kussmann
,
C.
Ochsenfeld
,
S. T.
Brown
,
A. T. B.
Gilbert
,
L. V.
Slipchenko
,
S. V.
Levchenko
, and
D. P.
O’Neill
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
8
,
3172
(
2006
).
88.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
47
,
558
(
1993
).
89.
A. M.
Reilly
and
A.
Tkatchenko
,
J. Chem. Phys.
139
,
024705
(
2013
).
90.
A. V.
Terentjev
,
L. A.
Constantin
,
E.
Artacho
, and
J. M.
Pitarke
,
Phys. Rev. B
100
,
235439
(
2019
).
91.
A.
Patra
,
J. E.
Bates
,
J.
Sun
, and
J. P.
Perdew
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
114
,
E9188
(
2017
).
92.
T.
Olsen
and
K. S.
Thygesen
,
Phys. Rev. B
87
,
075111
(
2013
).
93.
H.
Peng
,
Z.-H.
Yang
,
J. P.
Perdew
, and
J.
Sun
,
Phys. Rev. X
6
,
041005
(
2016
).
94.
S.
Shepard
and
M.
Smeu
,
J. Chem. Phys.
150
,
154702
(
2019
).
95.
L. A.
Constantin
,
Phys. Rev. B
93
,
121104
(
2016
).
96.
A.
Ruzsinszky
,
J. P.
Perdew
, and
G. I.
Csonka
,
J. Chem. Theory Comput.
6
,
127
(
2010
).
97.
N.
Mounet
,
M.
Gibertini
,
P.
Schwaller
,
D.
Campi
,
A.
Merkys
,
A.
Marrazzo
,
T.
Sohier
,
I. E.
Castelli
,
A.
Cepellotti
,
G.
Pizzi
, and
N.
Marzari
,
Nat. Nanotechnol.
13
,
246
(
2018
).
98.
K.
Berland
and
P.
Hyldgaard
,
Phys. Rev. B
89
,
035412
(
2014
).
99.
R.
Sabatini
,
T.
Gorni
, and
S.
de Gironcoli
,
Phys. Rev. B
87
,
041108
(
2013
).
100.
H.
Rydberg
,
M.
Dion
,
N.
Jacobson
,
E.
Schröder
,
P.
Hyldgaard
,
S. I.
Simak
,
D. C.
Langreth
, and
B. I.
Lundqvist
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
126402
(
2003
).
101.
G.
Graziano
,
J.
Klimeš
,
F.
Fernandez-Alonso
, and
A.
Michaelides
,
J. Phys.: Condens. Matter
24
,
424216
(
2012
).
102.
T.
Bučko
,
J.
Hafner
,
S.
Lebègue
, and
J. G.
Ángyán
,
J. Phys. Chem. A
114
,
11814
(
2010
).
103.
J. L. F.
Da Silva
and
C.
Stampfl
,
Phys. Rev. B
77
,
045401
(
2008
).
104.
T.
Gould
,
S.
Lebègue
,
J. G.
Ángyán
, and
T.
Bučko
,
J. Chem. Theory Comput.
12
,
5920
(
2016
).
105.
K.
Berland
and
P.
Hyldgaard
,
Phys. Rev. B
87
,
205421
(
2013
).
106.
S. A.
Tawfik
,
T.
Gould
,
C.
Stampfl
, and
M. J.
Ford
,
Phys. Rev. Mater.
2
,
034005
(
2018
).
107.
A.
Marini
,
P.
García-González
, and
A.
Rubio
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
136404
(
2006
).
108.
F.
Tran
,
L.
Kalantari
,
B.
Traoré
,
X.
Rocquefelte
, and
P.
Blaha
,
Phys. Rev. Mater.
3
,
063602
(
2019
).
109.
J.
Klimeš
,
D. R.
Bowler
, and
A.
Michaelides
,
Phys. Rev. B
83
,
195131
(
2011
).
110.
111.
H.
Peng
and
J. P.
Perdew
,
Phys. Rev. B
95
,
081105
(
2017
).
112.
A. V.
Terentjev
,
P.
Cortona
,
L. A.
Constantin
,
J. M.
Pitarke
,
F.
Della Sala
, and
E.
Fabiano
,
Computation
6
,
7
(
2018
).
114.
K.
Rościszewski
,
B.
Paulus
,
P.
Fulde
, and
H.
Stoll
,
Phys. Rev. B
62
,
5482
(
2000
).
115.
J.
Tao
,
F.
Zheng
,
J.
Gebhardt
,
J. P.
Perdew
, and
A. M.
Rappe
,
Phys. Rev. Mater.
1
,
020802
(
2017
).
116.
H.
Tang
and
J.
Tao
,
Mater. Res. Express
5
,
076302
(
2018
).
117.
J.
Sun
,
M.
Marsman
,
G. I.
Csonka
,
A.
Ruzsinszky
,
P.
Hao
,
Y.-S.
Kim
,
G.
Kresse
, and
J. P.
Perdew
,
Phys. Rev. B
84
,
035117
(
2011
).
118.
S.
Ehlert
,
U.
Huniar
,
J.
Ning
,
J. W.
Furness
,
J.
Sun
,
A. D.
Kaplan
,
J. P.
Perdew
, and
J. G.
Brandenburg
,
J. Chem. Phys.
154
,
061101
(
2021
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.