Development of a new ab initio method for NMR chemical shifts in periodic systems

Abstract

In dieser Dissertation wird eine neue Methode zur Berechnung von NMR chemischen Verschiebungen und magnetischen Suszeptibilitaeten in ausgedehnten Systemen unter periodischen Randbedingungen im Rahmen der Dichtefunktional-Stoerungstheorie vorgestellt. Die Methode laesst sich auf kristalline und amorphe Nichtmetalle sowie auf isolierte Molekuele anwenden. Das Verfahren beruht auf der exponentiell abfallenden Natur von lokalisierten Wannier-Orbitalen, die eine einfache Darstellung des Drehimpulsoperators auch unter periodischen Randbedingungen erlauben. Die Methode ist in einem Dichtefunktional-Programmpaket implementiert, welches mit einer Basis von ebenen Wellen arbeitet und die Pseudopotentialnaeherung verwendet. Die Ergebnisse der neuen Methode sind in guter Uebereinstimmung mit bereits existierenden Verfahren sowie mit experimentellen Daten.

In this thesis work, a new method for computing NMR chemical shifts and magnetic susceptibilities in extended systems through an ab-initio density functional perturbation theory approach is presented. The method is applicable to crystalline and amorphous insulators under periodic boundary conditions, as well as to isolated molecules. The formalism exploits the exponentially decaying nature of localized Wannier orbitals, allowing a simple representation of the angular momentum operator under periodic boundary conditions. The method is implemented in the context of a density functional theory pseudopotential approach with a basis set of plane waves. The results are in good agreement with experiment and with calculations that use other theoretical methods.