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dc.contributor.author
Morzan, Uriel
dc.contributor.author
Ramírez, Francisco Fernando
dc.contributor.author
Oviedo, María Belén
dc.contributor.author
Sanchez, Cristian Gabriel
dc.contributor.author
Scherlis Perel, Damian Ariel
dc.contributor.author
González Lebrero, Mariano Camilo
dc.date.available
2017-12-13T18:49:06Z
dc.date.issued
2014-04
dc.identifier.citation
Morzan, Uriel; Ramírez, Francisco Fernando; Oviedo, María Belén; Sanchez, Cristian Gabriel; Scherlis Perel, Damian Ariel; et al.; Electron dynamics in complex environments with real-time time dependent density functional theory in a QM-MM framework; American Institute of Physics; Journal of Chemical Physics; 140; 16; 4-2014; 164105-164114
dc.identifier.issn
0021-9606
dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/11336/30511
dc.description.abstract
This article presents a time dependent density functional theory (TDDFT) implementation to propagate the Kohn-Sham equations in real time, including the effects of a molecular environment through a Quantum-Mechanics Molecular-Mechanics (QM-MM) hamiltonian. The code delivers an all-electron description employing Gaussian basis functions, and incorporates the Amber force-field in the QM-MM treatment. The most expensive parts of the computation, comprising the commutators between the hamiltonian and the density matrix—required to propagate the electron dynamics—, and the evaluation of the exchange-correlation energy, were migrated to the CUDA platform to run on graphics processing units, which remarkably accelerates the performance of the code. The method was validated by reproducing linear-response TDDFT results for the absorption spectra of several molecular species. Two different schemes were tested to propagate the quantum dynamics: (i) a leap-frog Verlet algorithm, and (ii) the Magnus expansion to first-order. These two approaches were confronted, to find that the Magnus scheme is more efficient by a factor of six in small molecules. Interestingly, the presence of iron was found to seriously limitate the length of the integration time step, due to the high frequencies associated with the core-electrons. This highlights the importance of pseudopotentials to alleviate the cost of the propagation of the inner states when heavy nuclei are present. Finally, the methodology was applied to investigate the shifts induced by the chemical environment on the most intense UV absorption bands of two model systems of general relevance: the formamide molecule in water solution, and the carboxy-heme group in Flavohemoglobin. In both cases, shifts of several nanometers are observed, consistently with the available experimental data.
dc.format
application/pdf
dc.language.iso
eng
dc.publisher
American Institute of Physics
dc.rights
info:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.uri
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
dc.subject
Rt-Tddft
dc.subject
Qm-Mm
dc.subject
Magnus
dc.subject
Leapfrog
dc.subject.classification
Otras Ciencias Químicas
dc.subject.classification
Ciencias Químicas
dc.subject.classification
CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
dc.title
Electron dynamics in complex environments with real-time time dependent density functional theory in a QM-MM framework
dc.type
info:eu-repo/semantics/article
dc.type
info:ar-repo/semantics/artículo
dc.type
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.date.updated
2017-12-11T16:53:38Z
dc.journal.volume
140
dc.journal.number
16
dc.journal.pagination
164105-164114
dc.journal.pais
Estados Unidos
dc.journal.ciudad
Nueva York
dc.description.fil
Fil: Morzan, Uriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
dc.description.fil
Fil: Ramírez, Francisco Fernando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
dc.description.fil
Fil: Oviedo, María Belén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina
dc.description.fil
Fil: Sanchez, Cristian Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; Argentina
dc.description.fil
Fil: Scherlis Perel, Damian Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
dc.description.fil
Fil: González Lebrero, Mariano Camilo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina
dc.journal.title
Journal of Chemical Physics
dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/url/http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4871688
dc.relation.alternativeid
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/http://dx.doi.org/10.1063/1.4871688
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