Optimización de paquete computacional para el cálculo de estructura núcleo-electrónica: apmo / Opimization of ssoftware package for studies of quantum nuclear effect: apmo / Otimiação do proograma computacional ara o cálculo da estrutura elettrônica e não eletrônica: apmo

En este trabajo se presenta una versión rediseñada y optimizada del programa APMO (Any Particle Molecular Orbital). APMO es una implementación computacional del método del orbital molecular nuclear y electrónico (OMNE) en niveles de teoría Hartree-Fock (HF) y de perturbaciones de muchos cuerpos de segundo orden (MP2). En el método OMNE, tanto los núcleos atómicos como electrones se representan como funciones de onda. Este método permite un estudio directo de fenómenos en los que se presentan efectos cuánticos nucleares: efectos isotópicos, deslocalización nuclear, transferencia de protones, entre otros. La optimización realizada logró una marcada disminución en los tiempos de un cálculo global y permitió el uso de funciones de base electrónicas y nucleares con altos momentos angulares. Como ejemplo de las nuevas posibilidades del programa se presenta un estudio del efecto isotópico en complejos monohidratados y dihidratados de cobre (I) y cinc (II). En estos sistemas se encontró que la sustitución de protio por deuterio debilita el enlace oxígeno-metal.

This paper describes the optimization of the overall calculation scheme and the implementations of an efficient system for calculate molecular integrals in the APMO software package (Any Particle Molecular Orbital). APMO is an implementation of the nuclear and electronic molecular orbital (NEMO) method at Hatree-Fock (HF) and MP2 levels of theory. In this method, both nuclei and electrons are represented as wave functions, which allow the study of phenomena where nuclear quantum effects are important, such as isotope effects, hydrogen bonding, proton transfer, and others. This optimization reached a marked decrease in global and molecular integrals calculation times and enabled the use ofbasis functions with angular momenta higher than d and allowed the calculation of systems with more than eight atoms. This paper also presents the application of the NEMO method to the study of the isotope effect on mono and dihydrated complexes of copper (I) and zinc (II). For these systems, we found that the substitution of a proton with a deuteron nucleus weakens the metal-oxygen bond.

Este artigo descreve a otimização do sistema no cálculo global e a implementação de um sistema eficiente para calcular integrais moleculares no programa computacional APMO (Any Particle Molecular Orbital). APMO é uma implementação do método dos orbitais moleculares nucleares e eletrónicos (OMNE) no nível da teoria Hartree-Fock (HF) e o MP2. Neste método, tanto núcleos como elétrons apresentam-se como funções de onda permitirem o estudo dos fenômenos nucleares onde os efeitos quânticos são importantes, tais como efeitos de isótopos, pontes de hidrogênio, transferência de prótons, e outros. Com a otimização realizada, diminuiu o tempo do cálculo global e de integrais molecular; além disso, permitiu a utilização de funções de base com o momento angular superior a d eo cálculo de sistemas com mais de oito átomos. Este trabalho apresenta também a aplicação do método e NEMO para o estudo do efeito isotópico em mono-complexos e di-complexos de cobre (I) e zinco (II). Para estes sistemas, descobrimos que a substituição de um próton com um núcleo deuteron enfraquece o vínculo de oxigênio-metal.

Implementación eel método del gradiente analítio de la energía en la teoría deel orbital molecular nuclear y electrónico / Implemetation off the analytical energygradient method in the nuclear and electronic molecular orbital theryy / Execução o métoddo de inclinação analític da energia na teoria do orbitaal molecular nuclaer e eletrônico

Con el fin optimizar las geometrías promedio de sistemas moleculares utilizando la teoría del orbital molecular nuclear y electrónico (OMNE), se dedujo la expresión para el cálculo del gradiente analítico de la energía a nivel de teoría Har-tree-Fock, para cualquier tipo de especie cuántica. La implementación computacional se realizó dentro del paquete APMO (Any-Particle Molecular Orbital), y con el fin de comprobar la correcta implementación del método se calcularon las moléculas modelo H2,HF y H2O, por medio de métodos numéricos y analíticos. El uso de derivadas analíticas dentro del formalismo OMNE permitirá el cálculo más eficiente de la estructura núcleo-electrónica de sistemas moleculares con el paquete APMO.

In order to optimize the average geometries of molecular systems using the nuclear and electronic molecular orbital theory (NEMO), we have deducted the expression for calculating the analytical gradient of the energy in the Hartree-Fock theory, for any kind quantum specie. The implementation was done within the computational package APMO (Any-Particle Molecular Orbital) and in order to verify the correct implementation of the method, we have calculated the model molecules H2, HF and H2O, with numerical and analytical methods. With the use of analytical derivatives within of the OMME formalism, we will have a more efficient calculation of the nuclear-electronic structure of molecular systems with the APMO package.

Com a finalidade de otimizar as geometrias médias de sistemas moleculares utilizando a teoria do orbital molecular nuclear e eletrônico (OMNE), se deduziu a expressão para o cálculo do gradiente Analítico da energia a nível de Hartree-Fock, para qualquer tipo de espécie quântica. A implementação computacional se realizou dentro do pacote APMO (Any-Particle Molecular Orbital), e com a finalidade de comprovar a correta implementação do método foram calculadas as moléculas modelo H2,HFeH2O, por meio de métodos numéricos e analíticos. O uso de derivadas analíticas dentro do formalismo OMNE vai permitir um cálculo mais eficiente da estrutura núcleo-eletrônica de sistemas moleculares com o pacote AMPO.

Apmo: un prograaa computacional para el estudiode efectos cuánticos nucleares mediante la teoría del orbital molecular electrónico y no electrónico / Apmo: a comuter program based on the electronic and non-electronic molecular orbital theory for studies of nuclear quantum effetts / Apmo: umprogramaa computacional para o estudo dos efeito quânticos nuclleares por meio do teoria do orbital molecular eletrônico e não - elerôônico

Con el fin de estudiar teóricamente fenómenos en donde los núcleos atómicos presentan comportamiento cuántico, hemos desarrollado el paquete computacional APMO (Any-Particle Molecular Orbital). Éste implementa el método de orbitales moleculares nucleares y electrónicos (OMNE) a un nivel de teoría Hartree- Fock (HF), en el que tanto núcleos como electrones se representan como funciones de onda. Para comprobar la correcta implementación del método se realizaron cálculos de estructura electrónica regular y núcleo- electrónica de las moléculas H2 y LiH. Las componentes de energía calculadas siguen las tendencias y están en el mismo orden de magnitud de cálculos similares reportados en la literatura. A diferencia de otros paquetes que implementan el método OMNE, el nuestro fue diseñado para estudiar sistemas con cualquier número de especies cuánticas.

With the aim of studying phenomena where atomic nuclei have a quantal behavior, we have developed the APMO (Any-Particle Molecular Orbital) software package. This implements the nuclear and electronic molecular orbital approach (NEMO) at a Hartree-Fock level of theory, where both nuclei and electrons are represented as wave functions. To verify the correct implementation of the method, a number of electronic and nuclear-electronic calculations were carried out on H2 and LiH molecules. The calculated energy components follow the trends and are of the same order of magnitude of similar calculations reported in the literature. In contrast to other packages that implement the NEMO approach, ours is designed to allow for studying systems with any number of quantum particles.

Com a finalidade de estudar teoricamente fenômenos cujos núcleos atômicos apresentam comportamento quântico, desenvolvemos o pacote computacional APMO (Any-Particle Molecular Orbital). Este implementa o método de orbitais moleculares nucleares e eletrônicos (OMNE) no nível da teoria Hartree-Fock (HF), onde tanto núcleos como elétrons se apresentam como funções de onda. Para comprovar a utilização correta do método, se realizaram cálculos da estrutura eletrônica regular e do núcleo eletrônico das moléculas H_2 y LiH. Os componentes de energia calculados seguem as tendências e estão na mesma ordem de magnitude de cálculos similares reportados na literatura. Diferentemente de outros pacotes que utilizam o método OMNE, o nosso foi desenhado para estudar sistemas de qualquer número de espécies quânticas.