Academic literature on the topic 'Slater Type Orbitals'

Now that the problems surrounding ab initio calculations over a Slater Type Orbital basis have been solved, it is available in several software packages. For general structures the STOP package (Slater Type Orbital Package) has offered ab initio SCF molecular properties since 1996, the requisite integrals all being evaluated analytically, including the four center term available since 1994. SMILES (Slater Molecular Integrals for Large Electronic Systems) has offered various basis sets, geometry optimization and CI since 2001. For density functional work, ADF, the Amsterdam Density Functional suite of programs, is a project dating from the 1970s with a 2003 edition. In this work the preferred ETOs (Exponential Type Orbitals) will be shown to be the hydrogenic orbitals and similar Coulomb Sturmians. Slater Type Functions (STFs) will be compared to them and suitable equivalent combinations, which are rarely used, given. The correct shielding of the nucleus, resulting from radial factors of hydrogenic orbitals is shown to be essential in the evaluation of precise nuclear shielding tensors for NMR spectroscopy of molecules using ab initio or DFT methods. The case study of benzothiazoles using natural abundance 15N is re-examined and compared with previous work including measurements.

One- and two-electron nonrelativistic and quasirelativistic basic functions are introduced. The combined analytical relations in terms of these basic functions are derived for the non- and quasi-relativistic atomic integrals over integer and noninteger n-Slater-type orbitals. The relationships obtained are valid for the arbitrary values of principal quantum numbers and screening constants of Slater orbitals.

Analytical expressions are presented for two-center overlap integrals over Slater-type orbitals using Fourier transform convolution theorem. The efficiency of calculation of these expressions is compared with those of other methods and good rate of convergence and great numerical stability is obtained for wide range of quantum numbers, orbital exponents and internuclear distances.

In this paper, a new analytical formula has been derived for the two-center Coulomb integrals over Slater type orbitals using the Poisson equation. The obtained results from constructed computer program for the presented formula have been compared with the available literature and it is seen that the efficiency of the presented algorithm for a wide range of quantum numbers, orbital exponents and internuclear distances is satisfactory.

We present a new method for electronic structure calculations based on novel algorithms for nonlinear approximations. We maintain a functional form for the spatial orbitals as a linear combination of products of decaying exponentials and spherical harmonics centred at the nuclear cusps. Although such representations bare some resemblance to the classical Slater-type orbitals, the complex-valued exponents in the representations are dynamically optimized via recently developed algorithms, yielding highly accurate solutions with guaranteed error bounds. These new algorithms make dynamic optimization an effective way to combine the efficiency of Slater-type orbitals with the adaptivity of modern multi-resolution methods. We develop numerical calculus suitable for electronic structure calculations. For any spatial orbital in this functional form, we represent its product with the Coulomb potential, its convolution with the Poisson kernel, etc., in the same functional form with optimized parameters. Algorithms for this purpose scale linearly in the number of nuclei. We compute electronic structure by casting the relevant equations in an integral form and solving for the spatial orbitals via iteration. As an example, for several diatomic molecules we solve the Hartree–Fock equations with speeds competitive to those of multi-resolution methods and achieve high accuracy using a small number of parameters.

Modeling systems in liquid is imperative to chemistry, as many reactions take place in liquid, and nearly all of biochemistry is in the liquid state. Solvation Model 12 (SM12) is the newest Generalized Born Approximation iteration of a series of solvation models from Minnesota, it shows great promise for accurate, description of solutions. Shown is the full implementation of SM12 in to the pure Slater Type Orbital code, the Amsterdam Density Functional (ADF) package in particular. The model performs as well as its Gaussian Type Orbital counterpart. The model has been extended to account for periodic boundary conditions, as presented by the ADF-BAND code. The extension to infinite boundaries creates interesting edge effects that need to be taken into consideration, and are accounted for through cut off approximations and a screening function to ensure the potential is well-behaved.
October 2016

Ultrazimne molekuły, tj. molekuły schłodzone do temperatur ponizej 1 mK, stanowiazupełnie nowe pole badawcze na granicy chemii i fizyki. Wiele fascynujacychzastosowan ultrazimnych molekuł zostało opublikowane w literaturze w kontekscie dokładnejspektroskopii, poszukiwan efektów fizycznych poza Modelem Standardowym,kontroli reakcji chemicznych i wielu innych. Wiekszosc eksperymentów przeprowadzanychz uzyciem zimnych molekuł wymaga pewnej formy wsparcia teoretycznego. Tareguła stosuje sie zarówno na etapie projektowania nowych eksperymentów, jak i interpretacjijuz istniejacych. Metody teoretyczne uzywane w tym celu musza spełniacszereg waznych wymagan m.in. musza byc stosowalne do lekkich i ciezkich atomów,a takze musza byc dokładne i dawac wiarygodne wyniki.Głównym celem niniejszej pracy jest zastosowanie orbitali Slatera do obliczenab initio układów dwuatomowych, które sa bardzo czesto badane w rezimie ultrazimnym.Orbitale Slatera stanowia naturalna baze dla rozwiniecia funkcji falowejwieloelektronowych atomów i molekuł. Orbitale the wywodza sie z dokładnego analitycznegorozwiazania równania Schr¨odingera dla atomu wodoru i posiadaja szeregoptymalnych własnosci analitycznych np. ostrze w połozeniu jadra i prawidłowy zanikdalekozasiegowy.Wzwiazku z tym mozna oczekiwac istotnych korzysci w dokładnoscii wydajnosci obliczen jesli orbitale Slatera zastosuje sie jako baze do rozwiniecia orbitalimolekularnych. Własciwie jedynym powodem dla którego orbitale Slatera nie sastosowane rutynowo w obliczeniach kwantowo-chemicznych sa trudnosci w obliczaniuwielocentrowych elementów macierzowych powstajacych jako skutek oddziaływaniakulombowskiego miedzy elektronami.Stworzenie nowych, ogólnych technik wydajnego obliczania tych elementów macierzowychdla układów dwuatomowych jest pierwszym wyzwaniem niniejszej pracy.Zaproponowano szereg nowych metod rozwiazania tego problemu, które zostałyzaprogramowane z uzyciem nowoczesnych technik programistycznych (paralelizacjaetc.) i przetestowane dla szerokiego zakresu wystepujacych parametrów. Pozwoliło towykonywac rutynowe obliczenia dla molekuł dwuatomowych w bazach orbitali Slaterazawierajacych wysokie momenty pedu (l ¬ 6). Nastepnie przedstawione zostałyogólne zasady konstrukcji i optymalizacji baz Slatera przeznaczonych do obliczen abinitio o wysokiej dokładnosci. Liczne obliczenia testowe i porównania z danymi referencyjnymidowodza poprawnosci zaproponowanego schematu. Rozwazone zostałyrówniez sposoby ekstrapolacji wyników do granicy bazy zupełnej.Kolejnym waznym celem niniejszej pracy było połaczenie bazy orbitali Slatera zteoria efektywnych potencjałów rdzenia. Potencjały efektywne sa szeroko stosowane wobliczeniach kwantowo-chemicznych, szczególnie dla ciezkich atomów, w celu usunieciaczesci elektronów rdzeniowych i wprowadzenia efektów relatywistycznych do opisuteoretycznego. Pokazano, ze elementy macierzowe potencjałów efektywnych w bazieorbitali Slatera moga byc obliczane z uzyciem metody przesuniec Barnetta-Coulsona.Co istotne, w koncowych wyrazeniach nie pojawiaja sie nieskonczone sumowania. Topodejscie zostało zastosowane równiez do obliczen z wykorzystaniem tzw. potencjałówpolaryzacji rdzenia i efektywnych operatorów spin-orbita.W celu ilustracji przydatnosci metod opracowanych w niniejszej pracy wykonanospektroskopowo dokładne obliczenia kompletnych krzywych energii oddziaływaniadla dwóch układów molekularnych (dimer litu w stanie a3+u i dimer berylu w staniepodstawowym) z wykorzystaniem baz orbitali Slatera. W przypadku czasteczkiLi2 wyznaczone teoretycznie parametry spektroskopowe (energia wiazania, geometriarównowagowa, energie poziomów wibracyjnych, etc.) róznia sie od najdokładniejszychwyników doswiadczalnych o mniej niz jedna czesc na tysiac. Czasteczka Be2 stanowitroche bardziej skomplikowany układ jednak uzyskana dokładnosc pozwoliła potwierdzicistnienie słabo zwiazanego dwunastego poziomu wibracyjnego. W opisie obuukładów uwzgledniono subtelne efekty relatywistyczne i elektrodynamiki kwantowej.Rozprawa napisana jest w jezyku angielskim. Piec oryginalnych artykułów badawczychopublikowanych w czasopismach naukowych o zasiegu miedzynarodowym(Phys. Rev. A, Phys. Rev. E, J. Math. Chem.) i dwa (jeszcze nieopublikowane) przeddrukistanowia rdzen niniejszej pracy i zawieraja dokładny opis uzyskanych wyników.Pozostałe nieopublikowane wyniki sa opisane w osobnej sekcji pracy i zostana opublikowanew bliskiej przyszłosci.
Ultrazimne molekuły, tj. molekuły schłodzone do temperatur ponizej 1 mK, stanowiazupełnie nowe pole badawcze na granicy chemii i fizyki. Wiele fascynujacychzastosowan ultrazimnych molekuł zostało opublikowane w literaturze w kontekscie dokładnejspektroskopii, poszukiwan efektów fizycznych poza Modelem Standardowym,kontroli reakcji chemicznych i wielu innych. Wiekszosc eksperymentów przeprowadzanychz uzyciem zimnych molekuł wymaga pewnej formy wsparcia teoretycznego. Tareguła stosuje sie zarówno na etapie projektowania nowych eksperymentów, jak i interpretacjijuz istniejacych. Metody teoretyczne uzywane w tym celu musza spełniacszereg waznych wymagan m.in. musza byc stosowalne do lekkich i ciezkich atomów,a takze musza byc dokładne i dawac wiarygodne wyniki.Głównym celem niniejszej pracy jest zastosowanie orbitali Slatera do obliczenab initio układów dwuatomowych, które sa bardzo czesto badane w rezimie ultrazimnym.Orbitale Slatera stanowia naturalna baze dla rozwiniecia funkcji falowejwieloelektronowych atomów i molekuł. Orbitale the wywodza sie z dokładnego analitycznegorozwiazania równania Schr¨odingera dla atomu wodoru i posiadaja szeregoptymalnych własnosci analitycznych np. ostrze w połozeniu jadra i prawidłowy zanikdalekozasiegowy.Wzwiazku z tym mozna oczekiwac istotnych korzysci w dokładnoscii wydajnosci obliczen jesli orbitale Slatera zastosuje sie jako baze do rozwiniecia orbitalimolekularnych. Własciwie jedynym powodem dla którego orbitale Slatera nie sastosowane rutynowo w obliczeniach kwantowo-chemicznych sa trudnosci w obliczaniuwielocentrowych elementów macierzowych powstajacych jako skutek oddziaływaniakulombowskiego miedzy elektronami.Stworzenie nowych, ogólnych technik wydajnego obliczania tych elementów macierzowychdla układów dwuatomowych jest pierwszym wyzwaniem niniejszej pracy.Zaproponowano szereg nowych metod rozwiazania tego problemu, które zostałyzaprogramowane z uzyciem nowoczesnych technik programistycznych (paralelizacjaetc.) i przetestowane dla szerokiego zakresu wystepujacych parametrów. Pozwoliło towykonywac rutynowe obliczenia dla molekuł dwuatomowych w bazach orbitali Slaterazawierajacych wysokie momenty pedu (l ¬ 6). Nastepnie przedstawione zostałyogólne zasady konstrukcji i optymalizacji baz Slatera przeznaczonych do obliczen abinitio o wysokiej dokładnosci. Liczne obliczenia testowe i porównania z danymi referencyjnymidowodza poprawnosci zaproponowanego schematu. Rozwazone zostałyrówniez sposoby ekstrapolacji wyników do granicy bazy zupełnej.Kolejnym waznym celem niniejszej pracy było połaczenie bazy orbitali Slatera zteoria efektywnych potencjałów rdzenia. Potencjały efektywne sa szeroko stosowane wobliczeniach kwantowo-chemicznych, szczególnie dla ciezkich atomów, w celu usunieciaczesci elektronów rdzeniowych i wprowadzenia efektów relatywistycznych do opisuteoretycznego. Pokazano, ze elementy macierzowe potencjałów efektywnych w bazieorbitali Slatera moga byc obliczane z uzyciem metody przesuniec Barnetta-Coulsona.Co istotne, w koncowych wyrazeniach nie pojawiaja sie nieskonczone sumowania. Topodejscie zostało zastosowane równiez do obliczen z wykorzystaniem tzw. potencjałówpolaryzacji rdzenia i efektywnych operatorów spin-orbita.W celu ilustracji przydatnosci metod opracowanych w niniejszej pracy wykonanospektroskopowo dokładne obliczenia kompletnych krzywych energii oddziaływaniadla dwóch układów molekularnych (dimer litu w stanie a3+u i dimer berylu w staniepodstawowym) z wykorzystaniem baz orbitali Slatera. W przypadku czasteczkiLi2 wyznaczone teoretycznie parametry spektroskopowe (energia wiazania, geometriarównowagowa, energie poziomów wibracyjnych, etc.) róznia sie od najdokładniejszychwyników doswiadczalnych o mniej niz jedna czesc na tysiac. Czasteczka Be2 stanowitroche bardziej skomplikowany układ jednak uzyskana dokładnosc pozwoliła potwierdzicistnienie słabo zwiazanego dwunastego poziomu wibracyjnego. W opisie obuukładów uwzgledniono subtelne efekty relatywistyczne i elektrodynamiki kwantowej.Rozprawa napisana jest w jezyku angielskim. Piec oryginalnych artykułów badawczychopublikowanych w czasopismach naukowych o zasiegu miedzynarodowym(Phys. Rev. A, Phys. Rev. E, J. Math. Chem.) i dwa (jeszcze nieopublikowane) przeddrukistanowia rdzen niniejszej pracy i zawieraja dokładny opis uzyskanych wyników.Pozostałe nieopublikowane wyniki sa opisane w osobnej sekcji pracy i zostana opublikowanew bliskiej przyszłosci.