DFT-D4 dispersion for heavy elements

[arturosauza]

Hello Turbomole community!

I am currently working with heavy elements; basically, I am studying a series of complexes containing actinide centers, from Ac to Cf. I tried to perform geometry optimizations with DFT, including the D4 dispersion model. Currently, I am using Turbomole v 7.8.
 I assume D4 is not implemented for all the actinide series in this Turbomole version. Is it possible to indicate the D4 parameters for the elements I am studying?

Thank you in advance for your time and help.

[uwe]

Hello,

what does 'I assume D4 is not implemented' mean? Did you try it?
I am not sure how good or reasonable the parameters are, but the DFT-D4 part of Turbomole is working technically for all elements Turbomole currently supports. The code stems from the Grimme group and should be more or less identical to the DFT-D4 code on github.

According to https://dftd4.github.io/dftd4/sourcefile/covrad.f90.html, D4 covers all elements up to Og (118)

Most likely a bigger challenge is to find basis sets for anything beyond Lr.

Good luck!

[arturosauza]

Hi! Sorry for the delay in my response.

Probably, I was not clear enough about the issue I am facing right now.

I am studying complexes containing heavy elements, like U, Np, Pu, Am, Cm, Cf, Bk.

I successfully optimized the molecular geometries using RI-DFT without any dispersion model. However,  when trying to include dispersion, especifically, using the D4 dispersion model, the RI-DFT calculations finish normally, but when using jobex, I cannot complete a single geometry optimization cycle. This occurs for the Am and Cm complexes. I am testing the Bk complex, but I am expecting similar results.

This is how the job.last file looks after the SCF procedure, it fails when computing the gradients

Code: [Select]

      -----------------------------------------------------------
     |                   =====================                   |
     |                        D F T - D 4                        |
     |                   =====================                   |
     |                         S. Grimme                         |
     |          Mulliken Center for Theoretical Chemistry        |
     |                    University of Bonn                     |
      -----------------------------------------------------------

           -------------------------------------------------
          |                Calculation Setup                |
           -------------------------------------------------
   charge               :      0
   non-additivity corr. : ATM
   charge model         : EEQ
   damping parameters
   s6                   :     1.0000
   s8                   :     0.9595
   a1                   :     0.3857
   a2                   :     4.8069

        q(ref)        CN(ref)   cov. CN(ref)  alpha(AIM,ref)
        q(ref)        CN(ref)   cov. CN(ref)  alpha(AIM,ref)
     0.0000000      0.0000000      0.0000000     12.3555336
    -0.1712371      0.9867893      0.9189476     12.8040100
    -0.1421000      1.9984766      1.9078606      9.6347083
    -0.2225085      2.9987259      2.8312240      9.6866280
    -0.2565392      3.9843988      3.7487004      7.6947605
    -0.1044135      3.1417713      2.9183271      9.3751067
     0.2103031      0.9999501      0.8556099      7.7402501
        q(ref)        CN(ref)   cov. CN(ref)  alpha(AIM,ref)
     0.0000000      0.0000000      0.0000000      3.6338389
    -0.2477392      0.9982036      0.7407699      3.9524034
        q(ref)        CN(ref)   cov. CN(ref)  alpha(AIM,ref)
     0.0000000      0.0000000      0.0000000      5.1967092
    -0.3547147      0.9924594      0.8041679      6.1223924
    -0.5988153      1.9886928      1.6112394      6.7491941
     0.0000000      0.9985672      0.9798440      5.1987934
        q(ref)        CN(ref)   cov. CN(ref)  alpha(AIM,ref)
     0.0000000      0.0000000      0.0000000     25.9470062
    -0.1798714      0.9946706      0.9749897     26.1663529
    -0.1267112      2.0101731      1.9555943     25.9492516
    -0.1746793      2.9858756      2.9266641     23.5042921
        q(ref)        CN(ref)   cov. CN(ref)  alpha(AIM,ref)
     0.0000000      0.0000000      0.0000000     19.6135101
    -0.1626723      0.9948413      0.9219850     20.4238955
    -0.2377517      1.9903438      1.8445381     20.5482906
        q(ref)        CN(ref)   cov. CN(ref)  alpha(AIM,ref)
     0.0000000      0.0000000      0.0000000      5.0540161
     0.0000000      0.9117922      0.8942243      2.7207580
========================================================================
 Edisp  /kcal,au:  -168.6519  -0.2687639206
========================================================================

 setting up bound for integral derivative estimation

 increment for numerical differentiation : 0.00050000

 biggest AO integral is expected to be    27.784067177
 biggest cartesian 1st derivative AO integral is expected to be   115.982012749
          Overall gridpoints after grid construction =       1342833

 Integrated ground state density     :   710.9995106081084

 Integrated ground state spin density:   6.999999995513903

          ------------------------------------------------
           cartesian gradient of the energy (hartree/bohr)
          ------------------------------------------------

  ATOM      1 cm          2 c           3 c           4 c           5 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM      6 c           7 c           8 c           9 c          10 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     11 c          12 c          13 c          14 c          15 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     16 c          17 c          18 c          19 c          20 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     21 c          22 c          23 c          24 c          25 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     26 c          27 c          28 c          29 c          30 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     31 c          32 c          33 c          34 c          35 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     36 c          37 c          38 c          39 c          40 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     41 c          42 c          43 c          44 c          45 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     46 c          47 c          48 c          49 c          50 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     51 c          52 c          53 c          54 c          55 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

  ATOM     56 c          57 c          58 c          59 c          60 c
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

...
  ATOM    131 h         132 h         133 h         134 h         135 h
dE/dx            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dy            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN
dE/dz            NaN            NaN            NaN            NaN            NaN

 resulting FORCE  (fx,fy,fz) = (      NaN,      NaN,      NaN)
 resulting MOMENT (mx,my,mz) = (      NaN,      NaN,      NaN)


 exx =            NaN eyy =            NaN ezz =            NaN
 eyz =            NaN exz =            NaN exy =            NaN

   ***  cartesian gradients written onto <gradient>  ***


     --- calculation of the energy gradient finished ---



    ------------------------------------------------------------------------
         total  cpu-time : 10 minutes and 46 seconds
         total wall-time :  19.33 seconds
    ------------------------------------------------------------------------

   ****  rdgrad : all done  ****


    2025-12-24 19:11:29.812

 rdgrad ended normally
fine, there is no data group "$actual step"
next step = relax

 statpt (argon-itf-cf44-08.hpc) : TURBOMOLE rev. V7-8-1 compiled 26 Feb 2024 at 17:03:36
 Copyright (C) 2024 TURBOMOLE GmbH, Karlsruhe




I am attaching my control, xyz, and output files in case you can help me understand what is wrong with my computation.
Thanks in advance for your time and help.

Arturo.

[uwe]

Hi,

I think the attachment contains the wrong files. No heavy elements present.

[arturosauza]

Sorry, my bad. I uploaded the wrong set of files. Now you may have access to the correct zip file with the example of a molecule containing Cm.

[uwe]

Hi,

there was an update of DFT-D4 between versions 7.8 and 7.9 of Turbomole, including some fixes. Version 7.9 works without generating NaNs.

I'd thus recommend to update your Turbomole version to 7.9 or newer.

Good luck with your calculations!

[arturosauza]

Thank you so much for your help!
I will try to update to the latest Turbomole version.