Papers
Topics
Authors
Recent
Assistant
AI Research Assistant
Well-researched responses based on relevant abstracts and paper content.
Custom Instructions Pro
Preferences or requirements that you'd like Emergent Mind to consider when generating responses.
Gemini 2.5 Flash
Gemini 2.5 Flash 157 tok/s
Gemini 2.5 Pro 46 tok/s Pro
GPT-5 Medium 31 tok/s Pro
GPT-5 High 33 tok/s Pro
GPT-4o 88 tok/s Pro
Kimi K2 160 tok/s Pro
GPT OSS 120B 397 tok/s Pro
Claude Sonnet 4.5 35 tok/s Pro
2000 character limit reached

Reference Energies for Valence Ionizations and Satellite Transitions (2402.13877v2)

Published 21 Feb 2024 in physics.chem-ph, cond-mat.mtrl-sci, and nucl-th

Abstract: Upon ionization of an atom or a molecule, another electron (or more) can be simultaneously excited. These concurrently generated states are called "satellites" (or shake-up transitions) as they appear in ionization spectra as higher-energy peaks with weaker intensity and larger width than the main peaks associated with single-particle ionizations. Satellites, which correspond to electronically excited states of the cationic species, are notoriously challenging to model using conventional single-reference methods due to their high excitation degree compared to the neutral reference state. This work reports 42 satellite transition energies and 58 valence ionization potentials of full configuration interaction (FCI) quality computed in small molecular systems. Following the protocol developed for the quest database [https://doi.org/10.1002/wcms.1517, V\'eril et al. Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci. 2021, 11, e1517], these reference energies are computed using the configuration interaction using a perturbative selection made iteratively (CIPSI) method. In addition, the accuracy of the well-known coupled-cluster (CC) hierarchy (CC2, CCSD, CC3, CCSDT, CC4, and CCSDTQ) is gauged against these new accurate references. The performances of various approximations based on many-body Green's functions ($GW$, GF2, and $T$-matrix) for ionization potentials are also analyzed. Their limitations in correctly modeling satellite transitions are discussed.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (158)
  1. T. A. Carlson, Annu. Rev. Phys. Chem. 26, 211 (1975).
  2. C. S. Fadley, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 178–179, 2 (2010).
  3. P. Norman and A. Dreuw, Chem. Rev. 118, 7208 (2018).
  4. L. Cederbaum, Mol. Phys. 28, 479 (1974).
  5. Y. Zhao and D. G. Truhlar, J. Chem. Phys. 124, 224105 (2006).
  6. L. Goerigk and S. Grimme, J. Chem. Theory Comput. 6, 107 (2010).
  7. N. Mardirossian and M. Head-Gordon, Mol. Phys. 115, 2315 (2017).
  8. K. Krause and W. Klopper, J. Comput. Chem. 38, 383 (2017).
  9. J. Čížek, J. Chem. Phys. 45, 4256 (1966).
  10. G. P. Purvis III and R. J. Bartlett, J. Chem. Phys. 76, 1910 (1982).
  11. I. Shavitt and R. J. Bartlett, Many-Body Methods in Chemistry and Physics: MBPT and Coupled-Cluster Theory, Cambridge Molecular Science (Cambridge University Press, Cambridge, 2009).
  12. J. F. Stanton and R. J. Bartlett, J. Chem. Phys. 98, 7029 (1993).
  13. J. D. Watts and R. J. Bartlett, J. Chem. Phys. 101, 3073 (1994).
  14. M. Kamiya and S. Hirata, J. Chem. Phys. 125, 074111 (2006).
  15. J. R. Gour and P. Piecuch, J. Chem. Phys. 125, 234107 (2006).
  16. A. Szabo and N. S. Ostlund, Modern quantum chemistry (McGraw-Hill, New York, 1989).
  17. J. P. Perdew and M. R. Norman, Phys. Rev. B 26, 5445 (1982).
  18. A. Görling, Phys. Rev. B 91, 245120 (2015).
  19. D. Mester and M. Kállay, J. Chem. Theory Comput. 19, 3982 (2023).
  20. P. Verma and R. J. Bartlett, J. Chem. Phys. 140, 18A534 (2014).
  21. Y. Jin and R. J. Bartlett, J. Chem. Phys. 145, 034107 (2016).
  22. Y. Jin and R. J. Bartlett, J. Chem. Phys. 149, 064111 (2018).
  23. P. S. Bagus, Phys. Rev. 139, A619 (1965).
  24. M. Guest and V. Saunders, Mol. Phys. 29, 873 (1975).
  25. J. M. Kahk and J. Lischner, J. Chem. Theory Comput. 19, 3276 (2023).
  26. X. Zheng and L. Cheng, J. Chem. Theory Comput. 15, 4945 (2019).
  27. C. F. Bender and E. R. Davidson, Phys. Rev. 183, 23 (1969).
  28. J. L. Whitten and M. Hackmeyer, J. Chem. Phys. 51, 5584 (1969).
  29. R. J. Buenker and S. D. Peyerimhoff, Theor. Chim. Acta 35, 33 (1974).
  30. J. J. Eriksen, J. Phys. Chem. Lett. 12, 418 (2021).
  31. J. B. Schriber and F. A. Evangelista, J. Chem. Phys. 144, 161106 (2016).
  32. A. Marie, A. Ammar,  and P.-F. Loos, “The GW Approximation: A Quantum Chemistry Perspective,”  (2023), arxiv:2311.05351 .
  33. J. Schirmer, Many-Body Methods for Atoms, Molecules and Clusters (Springer, 2018).
  34. S. Banerjee and A. Y. Sokolov, J. Chem. Theory Comput. 19, 3037 (2023).
  35. M. S. Hybertsen and S. G. Louie, Phys. Rev. Lett. 55, 1418 (1985).
  36. W. von der Linden and P. Horsch, Phys. Rev. B 37, 8351 (1988).
  37. M. Govoni and G. Galli, J. Chem. Theory Comput. 11, 2680 (2015).
  38. I. Duchemin and X. Blase, J. Chem. Phys. 150, 174120 (2019).
  39. A. Förster and L. Visscher, J. Chem. Theory Comput. 16, 7381 (2020).
  40. A. Förster and L. Visscher, Front. Chem. 9, 736591 (2021).
  41. I. Duchemin and X. Blase, J. Chem. Theory Comput. 16, 1742 (2020).
  42. I. Duchemin and X. Blase, J. Chem. Theory Comput. 17, 2383 (2021).
  43. A. Förster and L. Visscher, J. Chem. Theory Comput. 18, 6779 (2022).
  44. R. L. Panadés-Barrueta and D. Golze, J. Chem. Theory Comput. 19, 5450 (2023).
  45. M. Shishkin and G. Kresse, Phys. Rev. B 75, 235102 (2007).
  46. S.-H. Ke, Phys. Rev. B 84, 205415 (2011).
  47. A. Marie and P.-F. Loos, J. Chem. Theory Comput. 19, 3943 (2023).
  48. M. E. Casida and D. P. Chong, Phys. Rev. A 40, 4837 (1989).
  49. M. E. Casida and D. P. Chong, Phys. Rev. A 44, 5773 (1991).
  50. G. Stefanucci and R. van Leeuwen, Nonequilibrium Many-Body Theory of Quantum Systems: A Modern Introduction (Cambridge University Press, Cambridge, 2013).
  51. J. V. Ortiz, Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 3, 123 (2013).
  52. J. J. Phillips and D. Zgid, J. Chem. Phys. 140, 241101 (2014).
  53. A. A. Rusakov and D. Zgid, J. Chem. Phys. 144, 054106 (2016).
  54. O. J. Backhouse and G. H. Booth, J. Chem. Theory Comput. 16, 6294 (2020).
  55. P. Pokhilko and D. Zgid, J. Chem. Phys. 155, 024101 (2021).
  56. A. Liebsch, Phys. Rev. B 23, 5203 (1981).
  57. N. E. Bickers and S. R. White, Phys. Rev. B 43, 8044 (1991).
  58. M. I. Katsnelson and A. I. Lichtenstein, J. Phys. Condens. Matter 11, 1037 (1999).
  59. M. Katsnelson and A. Lichtenstein, Eur. Phys. J. B 30, 9 (2002).
  60. C. Friedrich, Phys. Rev. B 100, 075142 (2019).
  61. T. Biswas and A. Singh, npj Comput. Mater. 7, 189 (2021).
  62. P.-F. Loos and P. Romaniello, J. Chem. Phys. 156, 164101 (2022).
  63. R. Orlando, P. Romaniello,  and P.-F. Loos, “Exploring new exchange-correlation kernels in the bethe–salpeter equation: A study of the asymmetric hubbard dimer,” in Advances in Quantum Chemistry (Elsevier, 2023) pp. 183–211.
  64. A. M. Lewis and T. C. Berkelbach, J. Chem. Theory Comput. 15, 2925 (2019).
  65. E. Monino and P.-F. Loos, J. Chem. Phys. 159, 034105 (2023).
  66. G. Baym and L. P. Kadanoff, Phys. Rev. 124, 287 (1961).
  67. G. Baym, Phys. Rev. 127, 1391 (1962).
  68. C. De Dominicis and P. C. Martin, J. Math. Phys. 5, 14 (1964a).
  69. C. De Dominicis and P. C. Martin, J. Math. Phys. 5, 31 (1964b).
  70. N. Bickers and D. Scalapino, Ann. Phys. 193, 206 (1989).
  71. L. Hedin, J. Phys. Condens. Matter 11, R489 (1999).
  72. N. E. Bickers, “Self-consistent many-body theory for condensed matter systems,” in Theoretical Methods for Strongly Correlated Electrons, edited by D. Sénéchal, A.-M. Tremblay,  and C. Bourbonnais (Springer New York, New York, NY, 2004) pp. 237–296.
  73. E. L. Shirley, Phys. Rev. B 54, 7758 (1996).
  74. A. Schindlmayr and R. W. Godby, Phys. Rev. Lett. 80, 1702 (1998).
  75. E. Maggio and G. Kresse, J. Chem. Theory Comput. 13, 4765 (2017).
  76. C. Mejuto-Zaera and V. c. v. Vlček, Phys. Rev. B 106, 165129 (2022).
  77. M. Wen, V. Abraham, G. Harsha, A. Shee, B. Whaley,  and D. Zgid, “Comparing self-consistent GW and vertex corrected G0W0 accuracy for molecular ionization potentials,”  (2023), arxiv:2311.12209 .
  78. J. Schirmer and L. S. Cederbaum, J. Phys. B: At. Mol. Phys. 11, 1889 (1978).
  79. O. Walter and J. Schirmer, J. Phys. B: At. Mol. Phys. 14, 3805 (1981).
  80. J. Schirmer and O. Walter, Chem. Phys. 78, 201 (1983).
  81. P. S. Bagus and E.-K. Viinikka, Phys. Rev. A 15, 1486 (1977).
  82. H. Nakatsuji and T. Yonezawa, Chem. Phys. Lett. 87, 426 (1982).
  83. R. Arneberg, Chem. Phys. 64, 249 (1982).
  84. H. Nakatsuji, Chem. Phys. 75, 425 (1983).
  85. H. Wasada and K. Hirao, Chem. Phys. 138, 277 (1989).
  86. H. Nakatsuji, Chem. Phys. Lett. 177, 331 (1991).
  87. M. Ehara and H. Nakatsuji, Chem. Phys. Lett. 282, 347 (1998).
  88. M. Ehara and H. Nakatsuji, Spectrochim. Acta., Part A 55, 487 (1999).
  89. Y. Ohtsuka and H. Nakatsuji, J. Chem. Phys. 124, 054110 (2006).
  90. B. Holm and F. Aryasetiawan, Phys. Rev. B 56, 12825 (1997).
  91. B. Holm and F. Aryasetiawan, Phys. Rev. B 62, 4858 (2000).
  92. B. I. Lundqvist, Phys kondens Materie 9, 236 (1969).
  93. D. C. Langreth, Phys. Rev. B 1, 471 (1970).
  94. L. Hedin, Phys. Scr. 21, 477 (1980).
  95. K. Chatterjee and A. Y. Sokolov, J. Chem. Theory Comput. 15, 5908 (2019).
  96. K. Chatterjee and A. Y. Sokolov, J. Chem. Theory Comput. 16, 6343 (2020).
  97. P.-F. Loos and D. Jacquemin, “A mountaineering strategy to excited states: Accurate vertical transition energies and benchmarks for substituted benzenes,”  (2024), arXiv:2401.13809 [physics.chem-ph] .
  98. J. D. Dill and J. A. Pople, J. Chem. Phys. 62, 2921 (2008).
  99. J. S. Binkley and J. A. Pople, J. Chem. Phys. 66, 879 (2008).
  100. T. H. Dunning, Jr., J. Chem. Phys. 90, 1007 (1989).
  101. D. E. Woon and T. H. Dunning, Jr., J. Chem. Phys. 98, 1358 (1993).
  102. M. Caffarel, T. Applencourt, E. Giner,  and A. Scemama, “Using cipsi nodes in diffusion monte carlo,” in Recent Progress in Quantum Monte Carlo (2016) Chap. 2, pp. 15–46.
  103. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, X. Li, M. Caricato, A. V. Marenich, J. Bloino, B. G. Janesko, R. Gomperts, B. Mennucci, H. P. Hratchian, J. V. Ortiz, A. F. Izmaylov, J. L. Sonnenberg, D. Williams-Young, F. Ding, F. Lipparini, F. Egidi, J. Goings, B. Peng, A. Petrone, T. Henderson, D. Ranasinghe, V. G. Zakrzewski, J. Gao, N. Rega, G. Zheng, W. Liang, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, K. Throssell, J. A. Montgomery, Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. J. Bearpark, J. J. Heyd, E. N. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. A. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. P. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, J. M. Millam, M. Klene, C. Adamo, R. Cammi, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, O. Farkas, J. B. Foresman,  and D. J. Fox, “Gaussian˜16 Revision C.01,”  (2016), gaussian Inc. Wallingford CT.
  104. H. G. A. Burton and P.-F. Loos, “Rationale for the Extrapolation Procedure in Selected Configuration Interaction,”  (2023), arxiv:2312.12530 .
  105. W. R. Inc., “Mathematica, Version 13.3,” Champaign, IL, 2023.
  106. H. Koch and P. Jørgensen, J. Chem. Phys. 93, 3333 (1990).
  107. J. F. Stanton, J. Chem. Phys. 99, 8840 (1993).
  108. J. Noga and R. J. Bartlett, J. Chem. Phys. 86, 7041 (1987).
  109. G. E. Scuseria and H. F. Schaefer, Chem. Phys. Lett. 152, 382 (1988).
  110. S. A. Kucharski and R. J. Bartlett, Theor. Chim. Acta 80, 387 (1991).
  111. M. Kállay and P. R. Surján, J. Chem. Phys. 115, 2945 (2001).
  112. S. Hirata, J. Chem. Phys. 121, 51 (2004).
  113. M. Kállay and J. Gauss, J. Chem. Phys. 120, 6841 (2004).
  114. M. Nooijen and R. J. Bartlett, J. Chem. Phys. 102, 3629 (1995).
  115. J. Tölle and G. Kin-Lic Chan, J. Chem. Phys. 158, 124123 (2023).
  116. C. Hättig and F. Weigend, J. Chem. Phys. 113, 5154 (2000).
  117. M. Kállay and J. Gauss, J. Chem. Phys. 121, 9257 (2004).
  118. M. Kállay and J. Gauss, J. Chem. Phys. 123, 214105 (2005).
  119. D. J. Rowe, Rev. Mod. Phys. 40, 153 (1968).
  120. K. Emrich, Nuc. Phys. A 351, 379 (1981).
  121. H. Sekino and R. J. Bartlett, Int. J. Quantum Chem. 26, 255 (1984).
  122. D. C. Comeau and R. J. Bartlett, Chem. Phys. Lett. 207, 414 (1993).
  123. J. F. Stanton and J. Gauss, J. Chem. Phys. 111, 8785 (1999).
  124. P. F. Loos, “QuAcK: a software for emerging quantum electronic structure methods,”  (2019), https://github.com/pfloos/QuAcK.
  125. M. F. Lange and T. C. Berkelbach, J. Chem. Theory. Comput. 14, 4224 (2018).
  126. M. S. Banna and D. A. Shirley, Chem. Phys. Lett. 33, 441 (1975a).
  127. M. S. Banna and D. A. Shirley, J. Chem. Phys. 63, 4759 (1975b).
  128. S. J. Bintrim and T. C. Berkelbach, J. Chem. Phys. 154, 041101 (2021).
  129. E. Monino and P.-F. Loos, J. Chem. Theory Comput. 17, 2852 (2021).
  130. E. Monino and P.-F. Loos, J. Chem. Phys. 156, 231101 (2022).
  131. J. Tölle and G. K.-L. Chan, “Ab-g00{}_{0}start_FLOATSUBSCRIPT 0 end_FLOATSUBSCRIPTw00{}_{0}start_FLOATSUBSCRIPT 0 end_FLOATSUBSCRIPT: A practical g00{}_{0}start_FLOATSUBSCRIPT 0 end_FLOATSUBSCRIPTw00{}_{0}start_FLOATSUBSCRIPT 0 end_FLOATSUBSCRIPT method without frequency integration based on an auxiliary boson expansion,”  (2023), arXiv:2311.18304 [physics.chem-ph] .
  132. P. Ring and P. Schuck, The Nuclear Many-Body Problem (Springer, 2004).
  133. T. C. Berkelbach, J. Chem. Phys. 149, 041103 (2018).
  134. A. B. Trofimov and J. Schirmer, J. Chem. Phys. 123, 144115 (2005).
  135. S. Banerjee and A. Y. Sokolov, J. Chem. Phys. 151, 224112 (2019).
  136. A. Y. Sokolov, J. Chem. Phys. 149, 204113 (2018).
  137. D. L. Hildenbrand, Int. J. Mass Spect. Ion Phys. 7, 255 (1971).
  138. A. W. Potts and T. A. Williams, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 3, 3 (1974).
  139. L. Åsbrink and C. Fridh, Phys. Scr. 9, 338 (1974).
  140. M. S. Banna and D. A. Shirley, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 8, 255 (1976).
  141. S. R. Langhoff and C. W. Bauschlicher, Jr., J. Chem. Phys. 88, 329 (1988).
  142. R. C. Morrison and G. Liu, J. Comp. Chem. 13, 1004 (1992).
  143. J. Bauschlicher, Charles W. and S. R. Langhoff, J. Chem. Phys. 87, 2919 (1987).
  144. M. L. Abrams and C. D. Sherrill, J. Chem. Phys. 121, 9211 (2004).
  145. C. D. Sherrill and P. Piecuch, J. Chem. Phys. 122, 124104 (2005).
  146. X. Li and J. Paldus, Chem. Phys. Lett. 431, 179 (2006).
  147. F. A. Evangelista, J. Chem. Phys. 134, 224102 (2011).
  148. A. Ammar, A. Marie, M. Rodríguez-Mayorga, H. G. A. Burton,  and P.-F. Loos, “Can GW Handle Multireference Systems?”  (2024), arxiv:2401.03745 .
  149. A. W. Potts and E. P. F. Lee, Faraday Discuss. Chem. Soc. 75, 941 (1979).
  150. P. Tomasello and W. von Niessen, Mol. Phys. 69, 1043 (1990).
  151. D. M. Chipman, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 14, 323 (1978).
  152. M. Y. Adam, Chem. Phys. Lett. 128, 280 (1986).
  153. M. Hochlaf and J. H. D. Eland, J. Chem. Phys. 123, 164314 (2005).
  154. T. P. Fehlner and W. S. Koski, J. Am. Chem. Soc. 86, 2733 (1964).
  155. J. H. Wilson and H. A. McGee, Jr., J. Chem. Phys. 46, 1444 (1967).
  156. S. X. Tian, J. Phys. Chem. A 109, 5471 (2005).
  157. C. Hättig, in Response Theory and Molecular Properties (A Tribute to Jan Linderberg and Poul Jørgensen), Advances in Quantum Chemistry, Vol. 50, edited by H. A. Jensen (Academic Press, 2005) pp. 37–60.
  158. M. Govoni and G. Galli, J. Chem. Theory Comput. 14, 1895 (2018).
Citations (9)
View on Semantic Scholar

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Summarize Now
Lightbulb Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Ai Sparkles Streamline Icon: https://streamlinehq.com Generate Now
List To Do Tasks Checklist Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

User Circle Single Streamline Icon: https://streamlinehq.com Sign Up
X Twitter Logo Streamline Icon: https://streamlinehq.com

Tweets

This paper has been mentioned in 2 tweets and received 0 likes.

Upgrade to Pro to view all of the tweets about this paper:

Start a free 7-day Pro trial