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Funcionales de Minnesota

Los funcionales de Minnesota (M yz ) son un grupo de funcionales de energía de intercambio - correlación aproximados altamente parametrizados en la teoría de funcionales de la d...

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Los funcionales de Minnesota (M yz ) son un grupo de funcionales de energía de intercambio - correlación aproximados altamente parametrizados en la teoría de funcionales de la densidad (DFT). Fueron desarrollados por el grupo de Donald Truhlar en la Universidad de Minnesota . Los funcionales de Minnesota están disponibles en una gran cantidad de programas informáticos populares de química cuántica y se pueden utilizar para cálculos tradicionales de química cuántica y física del estado sólido.

Estos funcionales se basan en la aproximación meta-GGA , es decir, incluyen términos que dependen de la densidad de energía cinética y todos se basan en formas funcionales complicadas parametrizadas en bases de datos de referencia de alta calidad. Los funcionales M yz son ampliamente utilizados y probados en la comunidad de química cuántica . [1] [2] [3] [4]

Controversias

Evaluaciones independientes de las fortalezas y limitaciones de los funcionales de Minnesota con respecto a varias propiedades químicas arrojan dudas sobre su precisión. [5] [6] [7] [8] [9] Algunos consideran que esta crítica es injusta. Desde este punto de vista, debido a que los funcionales de Minnesota apuntan a una descripción equilibrada tanto para la química del grupo principal como para la de los metales de transición, los estudios que evalúan los funcionales de Minnesota basándose únicamente en el desempeño en las bases de datos del grupo principal [5] [6] [7] [8] arrojan información sesgada, ya que los funcionales que funcionan bien para la química del grupo principal pueden fallar para la química de los metales de transición.

Un estudio de 2017 destacó lo que parecía ser el pobre desempeño de los funcionales de Minnesota en las densidades atómicas. [10] Otros posteriormente refutaron esta crítica, afirmando que centrarse solo en las densidades atómicas (incluidos los cationes altamente cargados y químicamente poco importantes) es poco relevante para las aplicaciones reales de la teoría de los funcionales de la densidad en la química computacional . Otro estudio encontró que este era el caso: para los funcionales de Minnesota, los errores en las densidades atómicas y en la energética están de hecho desacoplados, y los funcionales de Minnesota funcionan mejor para las densidades diatómicas que para las densidades atómicas. [11] El estudio concluye que las densidades atómicas no producen un juicio preciso del desempeño de los funcionales de densidad. [11] También se ha demostrado que los funcionales de Minnesota reproducen funciones de Fukui químicamente relevantes mejor que las densidades atómicas. [12]

Familia de funcionales

Minnesota 05

La primera familia de funcionales de Minnesota, publicada en 2005, está compuesta por:

  • M05: [13] Funcional híbrido global con intercambio de HF del 28%.
  • M05-2X [14] Funcional híbrido global con intercambio de HF del 56%.

Además de la fracción de intercambio de HF, la familia de funcionales M05 incluye 22 parámetros empíricos adicionales. [14] Chai y colaboradores informaron sobre un funcional separado por rango basado en la forma M05, ωM05-D, que incluye correcciones de dispersión atómica empírica. [15]

Minnesota 06

La familia '06 representa una mejora general [ cita requerida ] con respecto a la familia 05 y está compuesta por:

  • M06-L: [16] Funcional local, 0 % de intercambio de HF. Se pretende que sea rápido, bueno para metales de transición, inorgánicos y organometálicos.
  • revM06-L: [17] Funcional local, intercambio de alta frecuencia al 0 %. M06-L revisado para lograr curvas de energía potencial más suaves y una precisión general mejorada.
  • M06: [18] Funcional híbrido global con un 27 % de intercambio de HF. Destinado a la termoquímica del grupo principal y a las interacciones no covalentes, la termoquímica de metales de transición y los organometálicos. Suele ser el más versátil de los funcionales 06 [ cita requerida ] y, debido a esta gran aplicabilidad, puede ser ligeramente peor que M06-2X para propiedades específicas que requieren un alto porcentaje de intercambio de HF, como la termoquímica y la cinética.
  • revM06: [19] Funcional híbrido global con intercambio de HF del 40,4 %. Destinado a una amplia gama de aplicaciones en química de grupos principales, química de metales de transición y predicción de estructuras moleculares para reemplazar a M06 y M06-2X.
  • M06-2X: [18] Funcional híbrido global con un intercambio de HF del 54 %. Es el de mejor rendimiento entre los funcionales 06 para la termoquímica del grupo principal, la cinética y las interacciones no covalentes, [20] sin embargo, no se puede utilizar para casos en los que están o podrían estar involucradas especies de referencia múltiple, [20] como la termoquímica de metales de transición y los organometálicos.
  • M06-HF: [21] Funcional híbrido global con intercambio de HF al 100 %. Destinado a la transferencia de carga TD-DFT y sistemas donde la autointeracción es patológica.

Los funcionales M06 y M06-2X introducen 35 y 32 parámetros empíricamente optimizados, respectivamente, en el funcional de intercambio-correlación. [18] Chai y colaboradores informaron sobre un funcional separado por rango basado en la forma M06, ωM06-D3, que incluye correcciones de dispersión atómica empírica. [22]

Minnesota 08

La familia '08 fue creada con la intención principal de mejorar la forma funcional M06-2X, conservando las prestaciones para la termoquímica del grupo principal, la cinética y las interacciones no covalentes. Esta familia está compuesta por dos funcionales con un alto porcentaje de intercambio de HF, con prestaciones similares a las de M06-2X [ cita requerida ] :

  • M08-HX: [23] Funcional híbrido global con intercambio de HF del 52,23 %. Destinado a la termoquímica, cinética e interacciones no covalentes del grupo principal.
  • M08-SO: [23] Funcional híbrido global con intercambio de HF del 56,79 %. Destinado a la termoquímica, cinética e interacciones no covalentes del grupo principal.

Minnesota 11

La familia '11 introduce la separación de rangos en los funcionales de Minnesota y modificaciones en la forma funcional y en las bases de datos de entrenamiento. Estas modificaciones también reducen la cantidad de funcionales en una familia completa de 4 (M06-L, M06, M06-2X y M06-HF) a solo 2:

  • M11-L: [24] Funcional local (0 % de intercambio de HF) con intercambio DFT de rango dual. Se pretende que sea rápido, que sea bueno para metales de transición, inorgánicos, organometálicos e interacciones no covalentes, y que sea mucho mejor que M06-L.
  • M11: [25] Funcional híbrido separado por rangos con un intercambio de HF del 42,8 % en el corto alcance y del 100 % en el largo alcance. Destinado a la termoquímica del grupo principal, la cinética y las interacciones no covalentes, con un rendimiento esperado comparable al de M06-2X, y para aplicaciones TD-DFT, con un rendimiento esperado comparable al de M06-HF.
  • revM11: [26] Funcional híbrido con rangos separados con un intercambio de alta frecuencia del 22,5 % en el rango corto y del 100 % en el rango largo. Diseñado para un buen rendimiento en excitaciones electrónicas y buenas predicciones en general para propiedades del estado fundamental.

Minnesota 12

La familia 12 utiliza una forma funcional no separable [27] (N en MN) con el objetivo de proporcionar un rendimiento equilibrado tanto para aplicaciones de química como de física del estado sólido. Está compuesta por:

  • MN12-L: [28] Un funcional local, intercambio de HF al 0 %. El objetivo del funcional era ser muy versátil y proporcionar un buen rendimiento computacional y precisión para problemas energéticos y estructurales tanto en química como en física del estado sólido.
  • MN12-SX: [29] Funcional híbrido de intercambio apantallado (SX) con un intercambio de HF del 25 % en el corto alcance y del 0 % en el largo alcance. El MN12-L fue concebido para ser muy versátil y proporcionar un buen rendimiento para problemas energéticos y estructurales tanto en química como en física del estado sólido, a un costo computacional intermedio entre los funcionales híbridos locales y globales.

Minnesota 15

Los 15 funcionales son la última incorporación a la familia Minnesota. Al igual que la familia 12, los funcionales se basan en una forma no separable, pero a diferencia de las familias 11 o 12, el funcional híbrido no utiliza separación de rangos: MN15 es un híbrido global como en las familias anteriores a la 11. La familia 15 consta de dos funcionales

  • MN15, [30] un híbrido global con un intercambio de HF del 44%.
  • MN15-L, [31] un funcional local con 0% de intercambio de HF.

Software principal con implementación de las funciones de Minnesota

* Usando LibXC.

Referencias

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  • El grupo Truhlar
  • Bases de datos de química y física de Minnesota
  • El artículo de revisión más reciente sobre el desempeño de los funcionales de Minnesota
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