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Application of the noncollinear Scalmani–Frisch formalism to current density functional theory

Franzke, Yannick J. 1; Pausch, Ansgar ORCID iD icon 2; Holzer, Christof 3
1 Institut für Nanotechnologie (INT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Physikalische Chemie (IPC), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Theoretische Festkörperphysik (TFP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

We generalize the noncollinear formalism proposed by Scalmani and Frisch [J. Chem. Theory Comput. 8, 2193 (2012)] to include the particle and spin current densities for meta-generalized gradient approximations and local hybrid functionals. This allows us to fully include the impact of spin–orbit coupling in relativistic calculations and for applications to finite magnetic fields. For the latter, we use London atomic orbitals to ensure gauge origin invariance. It is shown that this formalism is superior to the more common canonical noncollinear approach in relativistic calculations, as it naturally includes all three spin current densities in the closed-shell limit and avoids the projection onto the spin magnetization vector. This is important to easily restore rotational invariance in this limit. In addition, the Scalmani–Frisch approach can be made numerically stable and may lead to a nonvanishing local magnetic torque. However, both formalisms are rotationally invariant for open-shell systems and in finite magnetic fields

Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Nanotechnologie (INT)
Institut für Physikalische Chemie (IPC)
Institut für Theoretische Festkörperphysik (TFP)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsdatum 28.02.2025
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 0021-9606, 1520-9032, 1089-7690
KITopen-ID: 1000180350
Erschienen in The Journal of Chemical Physics
Verlag American Institute of Physics (AIP)
Band 162
Heft 8
Seiten Art.-Nr.: 084104
Vorab online veröffentlicht am 25.02.2025
Nachgewiesen in OpenAlex
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Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000180350
Veröffentlicht am 25.03.2025
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1063/5.0246433
Scopus
Zitationen: 1
Dimensions
Zitationen: 1
Seitenaufrufe: 15
seit 25.03.2025
Downloads: 4
seit 30.03.2025
Cover der Publikation
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