論文の概要: Finite-Temperature Thermally-Assisted-Occupation Density Functional Theory, Ab Initio Molecular Dynamics, and Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Methods

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.20313v1
• Date: Tue, 23 Dec 2025 12:30:51 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-24 19:17:49.869603
• Title: Finite-Temperature Thermally-Assisted-Occupation Density Functional Theory, Ab Initio Molecular Dynamics, and Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Methods
• Title（参考訳）: 有限温度熱支援Occupation density functional theory, Ab initio molecular Dynamics, and Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Methods
• Authors: Shaozhi Li, Jeng-Da Chai,
• Abstract要約: 本稿では, FT-TAO-DFTの有限温度拡張(FT)を提案する。 FT-TAO-DFTは、有限温度で大きなMR系の力学情報を解き放つために、アブ初期分子動力学と組み合わされ、FT-TAO-AIMDとなる。 1000K以下のn-アセンでは、ラジカル特性とIRスペクトルに対する電子温度効果は非常に小さいが、これらの性質に対する核温度効果は顕著である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Recently, thermally-assisted-occupation density functional theory (TAO-DFT) [J.-D. Chai, J. Chem. Phys. 136, 154104 (2012)] has been demonstrated to be an efficient and accurate electronic structure method for studying the ground-state properties of large multi-reference (MR) systems at absolute zero. To explore the thermal equilibrium properties of large MR systems at finite electronic temperatures, in the present work, we propose the finite-temperature (FT) extension of TAO-DFT, denoted as FT-TAO-DFT. Besides, to unlock the dynamical information of large MR systems at finite temperatures, FT-TAO-DFT is combined with ab initio molecular dynamics, leading to FT-TAO-AIMD. In addition, we also develop FT-TAO-DFT-based quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM), denoted as FT-TAO-QM/MM, to provide a cost-effective description of the thermal equilibrium properties of a QM subsystem with MR character embedded in an MM environment at finite temperatures. Moreover, the FT-TAO-DFT, FT-TAO-AIMD, and FT-TAO-QM/MM methods are employed to explore the radical nature and infrared (IR) spectra of n-acenes (n = 2--6), consisting of n linearly fused benzene rings, in vacuum and in an argon (Ar) matrix at finite temperatures. According to our calculations, for n-acenes at 1000 K or below, the electronic temperature effects on the radical nature and IR spectra are very minor, while the nuclear temperature effects on these properties are noticeable. For n-acene in an Ar matrx at absolute zero, the Ar matrix has minimal impact on the radical nature of n-acene, while the co-deposition procedure of n-acene and Ar atoms may affect the IR spectrum of n-acene.
• Abstract（参考訳）: 近年, 熱共役型密度汎関数理論 (TAO-DFT) [J.-D. Chai, J. Chem. Phys. 136, 154104 (2012)] は, 大規模マルチ参照(MR)系の絶対零点における基底状態特性を研究するための, 効率的かつ正確な電子構造法として実証されている。 有限電子温度における大型MR系の熱平衡特性を調べるため,本研究では, FT-TAO-DFTと表されるTAO-DFTの有限温度拡張(FT)を提案する。 さらに, FT-TAO-DFTとアブ初期分子動力学を組み合わせることにより, FT-TAO-AIMDとなる。 また、FT-TAO-DFTに基づく量子力学/分子力学(QM/MM)をFT-TAO-QM/MMと呼び、有限温度でMM環境に埋め込まれたMR文字を持つQMサブシステムの熱平衡特性をコスト効率よく記述する。 さらに, FT-TAO-DFT, FT-TAO-AIMD, FT-TAO-QM/MM法を用いて, n-アセン (n = 2--6) のラジカル特性と赤外スペクトルを真空中で, アルゴン(Ar)行列中で観測した。 我々の計算によれば、1000K以下でのn-アセンの電子温度効果は、ラジカル特性と赤外スペクトルに対する電子温度効果は非常に小さいが、これらの性質に対する核温度効果は顕著である。 絶対零点のArマットのn-aceneの場合、Arマトリックスはn-aceneのラジカル性に最小限の影響を与えるが、n-aceneとAr原子の共沈過程はn-aceneのIRスペクトルに影響を与える可能性がある。

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