Výpočty mezimolekulárních interakcí

Abstract

Prediction of properties and structure of molecular solids (crystals compris- ing molecules bonded by non-covalent interactions) from ab-inito calculation is a challenging problem. Binding energies of such structures require usage of precise ab-initio methods, which are computationally extremely demanding. Potentials which can be fitted on ab-initio data, or whose parameters can be obtained from a precalculated density matrix, can be used to reduce the number of computations by describing interactions of distant molecules. One method aiming to describe electrostatic contributions is distributed multipole expansion, which expands a density matrix into spherical tensors around several points on a molecule. We have developed a program that can obtain coefficients of multipole expansion from two different codes integrating the density matrix, calculate electrostatic contributions to intermolecular energy, and rotate multipole expansion. This can be done up to an arbitrary order of expansion. We study properties of calculated coefficients depending on ab-initio method, basis of the density matrix, and the code that was used for the integration of the density matrix. We test the predic- tion of electrostatic energy on dimer datasets of molecular solids with different physical/chemical properties - methanol,...

Predikce vlastností a struktury molekulárních krystalů (krystalů skládajících se z molekul vázaných nekovalentními vazbami) z ab-inito výpočtů je náročný problém. Vazebné energie takovýchto struktur vyžadujípoužitípřesných ab-initio metod, které jsou výpočetně extrémně náročné. Potenciály, které lze nafitovat na ab-initio data nebo jejichž parametry lze získat z předem vypočtené matice hus- toty, lze použít k popisu interakcí vzdálených molekul, čímž lze snížit náročnost celého výpočtu. Jednou z metod zaměřených na popis elektrostatických příspěvků je distribuovaný multipólový rozvoj rozvádějící matici hustoty do sférických ten- zorů kolem několika bodů na molekule. Vyvinuli jsme program, který dokáže získat koeficienty multipólového rozvoje ze dvou různých kódůintegrujících matici hustoty, vypočítat elektrostatické příspěvky mezimolekulární energie a otáčet multipólový rozvoj. Toto lze provést do libovolného řádu. Dále studujeme vlast- nosti vypočítaných koeficientů multipólového rozvoje v závislosti na ab-initio metodě, bázi matice hustoty a kódu, který byl použit pro integraci matice hus- toty. Otestovali jsme predikci elektrostatické interakce na molekolárních krys- talech s různými...