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adf:nci

非共价作用NCI: Non-Covalent Interactions

原理

RDG(Reduced Density Gradient):s = 1/2·$(3π^2)^{-1/3}$·|∇ρ|·$ρ^{-4/3}$,版本号大于2017.113,ADF模块计算结果中,在View窗口可以查看RDG空间分布。

NCI用于识别非共价相互作用,例如范德华相互作用、氢键、空间位阻。NCI出现的区域具有三个特征(即,NCI考虑到了电子密度、RDG、Hessian迭戈本征值这三项):

  1. 低电子密度;
  2. 低RDG值;
  3. 电子密度Hessian本征值中的第二个值$λ_2$为负值或者非常小的正值。

具体说明如下:

对于单个分子,密度较大的区域RDG较小,密度较小的区域RDG较大。对于二聚体,分子间有弱相互作用,在密度较小的区域,出现RDG值突然变得很小的异常位置。这些位置,实际上是由于分子间临界点(CPs,Critical Points)电子密度的湮灭所致(所以NCI一般出现在CP的位置)。这些位置就是NCI的位置。

$∇^2ρ(r)$的符号,可用于确定作用类型,电子密度的二阶梯度有三个本征值:$λ_1$≤$λ_2$≤$λ_3$。在原子核区域三个本征值都是负值,因为电子密度处于局域极大值点;在共价键区域,有一个正本征值,两个负本征值,也就是:$λ_1$<$λ_2$<0,$λ_3$>0;在位阻、原子间存在拉伸的区域,有$λ_3$>$λ_2$>0。因此$λ_2$的符号可以用来区分“键”($λ_2$<0)与“非键”($λ_2$>0)。λ值的计算,参考:如何计算键临界点(BCPs)的电子密度、密度梯度、密度Hessian、ELF、动能密度、Laplacian、密度梯度、电子密度拉普拉斯、静电势……的数值

作用的强度可以由电子密度本身来表征:NCI区域电子密度越大,表示NCI作用越强。

参数设置

在ADF模块的基本单点计算结果中,就可以生成NCI信息。

同时计算AIM,配合NCI分析:

结果查看

生成方法:SCM > View > Add > Isosurface: With Phase > Select Field > Properties > NCI SCF

即可看到:

Properties > QTAIM(Topology),看到CP与NCI的关系(NCI设置为透明:窗口底部的ISO surface: With Phase > Show Details > Opacity设置为20~50之间的数值即可,数值越小越透明):

其中红色小球是键临界点的位置,白色小球是原子的位置。可以看到这个二聚体的氢键临界点在NCI区域内。

NCI区域的颜色

根据NCI的值的正负,颜色有红、蓝两种。红色表示负值(氢键区域)、蓝色表示正值(范德华区域)。

adf/nci.txt · 最后更改: 2019/12/31 20:16 由 liu.jun

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