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DIRAC is a freely distributed general-purpose program system for one-, two-, and four-component relativistic molecular calculations at the level of Hartree–Fock, Kohn–Sham (including range-separated theory), multiconfigurational self-consistent-field, multireference configuration interaction, electron propagator, and various flavors of coupled cluster theory. At the self-consistent-field level, a highly original scheme, based on quaternion algebra, is implemented for the treatment of both spatial and time reversal symmetry. DIRAC features a very general module for the calculation of molecular properties that to a large extent may be defined by the user and further analyzed through a powerful visualization module. It allows for the inclusion of environmental effects through three different classes of increasingly sophisticated embedding approaches: the implicit solvation polarizable continuum model, the explicit polarizable embedding model, and the frozen density embedding model.

The absolute value of the nuclear magnetic shielding tensor, σ, cannot be directly measured as such, though at the moment experimental devices are available to obtain them by extrapolation to zero-density limit. This is the reason why since the beginning of NMR spectroscopy to obtain the experimental values of this parameter required the interplay betweentheory and experiments.Early this century it was experimentally probed that the Ramsey-Flygare model, largely used to obtain the most accurate semi-experimental values of shieldings, does not work well when heavy-atom containing molecules are considered. Then, the search for a relativistic relationship like Ramsey-Flygare became highly necessary. This search has taken some yearsfor being successful.Within the research program that focused on such a goal, the first important breakthrough was the finding of the relativistic Hamiltonian for spin-rotations interactions. Once this crucial step was overcome it was possible to develop some relativistic models, being the most accurate the so called M-V. We shall show here some of the most important stepsthat were given in the search for a relativistic relationship between σ and the spin-rotation tensor, M . We will describe the bottom-up procedure that make it possible, together with relativistic (four-component) theories of shieldings and spin-rotations that were published recently.Why it was important to find that new relationship? There are now experimental developments that permits direct measurements of absolute shieldings in gas-phase NMR spectroscopy, and so, to compare with. It is also possible to accurately calculate them by using four-component methodologies, from which very small effects like nuclear charge distribu-tion, Breit/Gaunt electron-electron interactions and QED effects are included. All of them will be highlighted in some detail.We at least shall stress the new understandings that arise from these developments together with some new challenges. Fil: Aucar, Gustavo Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica; Argentina Fil: Aucar, Ignacio Agustín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas Naturales y Agrimensura. Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica; Argentina

Fil: Gómez, Sergio S. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Nordeste. Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica. ; Argentina. Durante las últimas décadas se consideró como válida la relación de Flygare, que vincula las expresiones teóricas de dos parámetros espectroscópicos moleculares, deducida mediante un formalismo no relativista. Uno de ellos proviene de la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), el apantallamiento magnético nuclear, mientras el otro se obtiene mediante técnicas de espectroscopia rotacional, y es la llamada constante de acoplamiento espín nuclear-rotación molecular. En esta Tesis se presenta un estudio teórico de la relación entre las formulaciones relativistas de ambas propiedades moleculares. Se propone una expresión teórica para el tensor de acoplamiento espín nuclear-rotación molecular (SR) en el que por primera vez se considera la dinámica electrono-ca dentro del marco relativista de Dirac; la dinámica nuclear, por su parte, se estudia según la formulación de Schrödinger. Para ello, se considera el Hamiltoniano molecular de un rotor rígido en el sistema de laboratorio, y los efectos de la rotación molecular se introducen a partir de los términos de la descomposición de Born-Oppenheimer que acoplan las dinámica electrónica y nuclear. Se analizan los efectos relativistas de retardo en las interacciones electrón-núcleo y electrón-electrón, que dan origen a las contribuciones de Breit. La diferencia entre las expresiones teóricas de ambos parámetros, deducidas en un marco relativista, constituye una primera demostración formal de que la relación de Flygare pierde vigencia en este contexto. Utilizando un modelo perturbativo que permite describir efectos relativistas, denominado respuesta lineal mediante la eliminación de pequeñas componentes (LRESC), se estudia en detalle la extensión de la validez de la relación no relativista. El modelo LRESC permite distinguir los efectos relativistas comunes a ambas propiedades espectroscópicas de aquellos que describen exclusivamente al apantalla-miento magnético. Se muestra explícitamente que el tensor SR es menos afectado por efectos relativistas que el tensor de apantallamiento magnético nuclear. Aún cuando en un contexto relativista la relación de Flygare pierde validez general, el análisis de las contribuciones relativistas de ambas propiedades a partir del modelo LRESC permite distinguir los mecanismos electrónicos involucrados en cada parámetro y establecer la razón por la cual existen casos particulares en que la relación sigue siendo válida. Se presentan los primeros resultados de cálculos numéricos de las constantes SR relativista, según la formulación de 4-componentes [J. Chem. Phys. 136, 204119 (2012)]. Se toman los haluros de hidrógeno, HX (X=H, F, Cl, Br, I), como sistemas de estudio. Una comparación entre la mejor estimación de cálculo y resultados experimentales muestra diferencias menores al 5 % en todos los casos. Los cálculos se llevaron a cabo implementando en el código DIRAC la formulación desarrollada. Se obtuvieron resultados siguiendo el formalismo de respuesta lineal relativista, al nivel RPA de aproximación. Para los halógenos, se muestra que los efectos de correlación en el régimen no relativista son de magnitud similar y signo contrario a los efectos relativistas. Para el hidrógeno, la aproximación de respuesta lineal mediante la eliminación de pequeñas componentes pone de manifiesto que el efecto relativista está completamente determinado por el operador espín-´orbita combinado con el operador de contacto de Fermi. Se analizó, formal y numéricamente, la contribución de los efectos de las inter-acciones de Breit electrón-núcleo, que acoplan las dinámicas electrónica y nuclear, al tensor SR. Dado que esta es netamente relativista, resulta necesario establecer su importancia relativa. La expansión perturbativa de esta contribución, en función de 1/c, indica que el orden de su primer término no nulo y el de las correcciones relativistas más importantes al tensor SR son equivalentes. Por completitud, se considera también el efecto de la interacción interelectrónica de Breit, mostrando que en todas las moléculas de la serie estudiada aporta correcciones muy pequeñas a las constantes SR de ambos núcleos, H y X. Los resultados de este estudio sugieren fuertemente que, considerando la precisión experimental en el estudio teórico del tensor SR, se pueden despreciar los efectos de Breit electrón-núcleo y electrón-electrón. El formalismo teórico desarrollado permite también postular una expresión original del tensor rotacional molecular relativista, válida para compuestos que contienen átomos pesados. En esta formulación, se consideran aquellos términos relevantes del Hamiltoniano molecular, lineales y bilineales en el momento angular de rotación nuclear y en un campo magnético externo uniforme, para analizarlos en el marco de teoría de perturbaciones relativista de primero y segundo orden. Se analizaron los efectos relativistas utilizando el modelo de respuesta lineal mediante la eliminación de pequeñas componentes. Se obtuvieron resultados cuan-titativos del factor g para los sistemas modelo HX (X=F, Cl, Br, I, At), XF (X=Cl, Br, I), y YH+ (Y=Ne, Ar, Kr, Xe, Rn), según los niveles de aproximación RPA y DFT. Los efectos relativistas son pequeños para esta propiedad molecular. La relación entre las expresiones teóricas de los tensores rotacional molecular y de susceptibilidad magnética, formulada en un contexto no relativista, pierde validez en un marco relativista. Sin embargo, la aplicación a sistemas que contienen elementos de la quinta fila de la tabla periódica, como HI, IF, y XeH+, muestra que la relación no relativista mantiene vigencia, con un 2 % de error. Sólo para sistemas que contienen elementos de la sexta fila, como el HAt y el RnH+, se encuentra una desviación significativa, de entre 6 y 7 %, de esta relación. Fil: Aucar, Ignacio Agustín. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura; Argentina. Fil: Aucar, Ignacio Agustín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Nordeste. Instituto de Modelado e Innovación Tecnológica; Argentina. Fil: Ruiz de Azúa, Martín C. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Fil: Ruiz de Azúa, Martín C. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentina. Fil: Gómez, Sergio Santiago. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura; Argentina.