The failure of generalized gradient approximations (GGAs) and meta-GGAs for the two-center three-electron bonds in He-2(+), (H2O)(2)(+), and (NH3)(2)(+)

The radical cations He-2(+) (H2O)(2)(+), and (NH3)(2)(+) with two-center three-electron A-A bonds are investigated at the configuration interaction (CI), accurate Kohn-Sham (KS), generalized gradient approximation (GGA), and meta-GGA levels. Assessment of seven different GGA and six meta-GGA methods shows that the A(2)(+) systems remain a difficult case for density functional theory (DFT). All methods tested consistently overestimate the stability of A(2)(+): the corresponding D-e errors decrease for more diffuse valence densities in the series He-2(+) > (H2O)(2)(+) > (NH3)(2)(+). Upon comparison to the energy terms of the accurate Kohn-Sham solutions, the approximate exchange functionals are found to be responsible for the errors of GGA-type methods, which characteristically overestimate the exchange in A(2)(+). These so-called exchange functionals implicitly use localized holes. Such localized holes do occur if there is left-right correlation, i.e., the exchange functionals then also describe nondynamical correlation. However, in the hemibonded A(2)(+) systems the typical molecular (left-right, nondynamical) correlation of the two-electron pair bond is absent. The nondynamical correlation built into the exchange functionals is then spurious and yields too low energies.

A multiconfigurational time-dependent Hartree-Fock method for excited electronic states. I. General formalism and application to open-shell states

The solution of the time-dependent Schrodinger equation for systems of interacting electrons is generally a prohibitive task, for which approximate methods are necessary. Popular approaches, such as the time-dependent Hartree-Fock (TDHF) approximation and time-dependent density functional theory (TDDFT), are essentially single-configurational schemes. TDHF is by construction incapable of fully accounting for the excited character of the electronic states involved in many physical processes of interest; TDDFT, although exact in principle, is limited by the currently available exchange-correlation functionals. On the other hand, multiconfigurational methods, such as the multiconfigurational time-dependent Hartree-Fock (MCTDHF) approach, provide an accurate description of the excited states and can be systematically improved. However, the computational cost becomes prohibitive as the number of degrees of freedom increases, and thus, at present, the MCTDHF method is only practical for few-electron systems. In this work, we propose an alternative approach which effectively establishes a compromise between efficiency and accuracy, by retaining the smallest possible number of configurations that catches the essential features of the electronic wavefunction. Based on a time-dependent variational principle, we derive the MCTDHF working equation for a multiconfigurational expansion with fixed coefficients and specialise to the case of general open-shell states, which are relevant for many physical processes of interest. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3600397]

Universal tight binding model for chemical reactions in solution and at surfaces. I. Organic molecules

As is now well established, a first order expansion of the Hohenberg-Kohn total energy density functional about a trial input density, namely, the Harris-Foulkes functional, can be used to rationalize a non self consistent tight binding model. If the expansion is taken to second order then the energy and electron density matrix need to be calculated self consistently and from this functional one can derive a charge self consistent tight binding theory. In this paper we have used this to describe a polarizable ion tight binding model which has the benefit of treating charge transfer in point multipoles. This admits a ready description of ionic polarizability and crystal field splitting. It is necessary in constructing such a model to find a number of parameters that mimic their more exact counterparts in the density functional theory. We describe in detail how this is done using a combination of intuition, exact analytical fitting, and a genetic optimization algorithm. Having obtained model parameters we show that this constitutes a transferable scheme that can be applied rather universally to small and medium sized organic molecules. We have shown that the model gives a good account of static structural and dynamic vibrational properties of a library of molecules, and finally we demonstrate the model's capability by showing a real time simulation of an enolization reaction in aqueous solution. In two subsequent papers, we show that the model is a great deal more general in that it will describe solvents and solid substrates and that therefore we have created a self consistent quantum mechanical scheme that may be applied to simulations in heterogeneous catalysis.

Modeling study of woody biomass:Interactions of cellulose, hemicellulose, and lignin

Lignocellulosic biomass pretreatment and the subsequent thermal conversion processes to produce solid, liquid, and gas biofuels are attractive solutions for today's energy challenges. The structural study of the main components in biomass and their macromolecular complexes is an active and ongoing research topic worldwide. The interactions among the three main components, cellulose, hemicellulose, and lignin, are studied in this paper using electronic structure methods, and the study includes examining the hydrogen bond network of cellulose-hemicellulose systems and the covalent bond linkages of hemicellulose-lignin systems. Several methods (semiempirical, Hartree-Fock, and density functional theory) using different basis sets were evaluated. It was shown that theoretical calculations can be used to simulate small model structures representing wood components. By comparing calculation results with experimental data, it was concluded that B3LYP/6-31G is the most suitable basis set to describe the hydrogen bond system and B3LYP/6-31G(d,p) is the most suitable basis set to describe the covalent system of woody biomass. The choice of unit model has a much larger effect on hydrogen bonding within cellulose-hemicellulose system, whereas the model choice has a minimal effect on the covalent linkage in the hemicellulose-lignin system. © 2011 American Chemical Society.

Thermal decomposition mechanism of levoglucosan during cellulose pyrolysis

Levoglucosan (1,6-anhydro-β-d-glucopyranose) decomposition is an important step during cellulose pyrolysis and for secondary tar reactions. The mechanism of levoglucosan thermal decomposition was studied in this paper using density functional theory methods. The decomposition included direct CO bond breaking, direct CC bond breaking, and dehydration. In total, 9 different pathways, including 16 elementary reactions, were studied, in which levoglucosan serves as a reactant. The properties of the reactants, transition states, intermediates, and products for every elementary reaction were obtained. It was found that 1-pentene-3,4-dione, acetaldehyde, 2,3-dihydroxypropanal, and propanedialdehyde can be formed from the CO bond breaking decomposition reactions. 1,2-Dihydroxyethene and hydroxyacetic acid vinyl ester can be formed from the CC bond breaking decomposition reactions. It was concluded that CO bond breaking is easier than CC bond breaking due to a lower activation energy and a higher released energy. During the 6 levoglucosan dehydration pathways, one water molecule which composed of a hydrogen atom from C3 and a hydroxyl group from C2 is the preferred pathway due to a lower activation energy and higher product stability. © 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Insights into the Staggered Nature of Hydrogenation Reactivity over the 4d Transition Metals

Hydrogenation reactions at transition metal surfaces comprise a key set of reactions in heterogeneous catalysis. In this paper, density functional theory methods are employed to take an in-depth look at this fundamental reaction type. The energetics of hydrogenation of atomic C, N, and O have been studied in some detail over low index Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, and Pd surfaces. Detailed bonding analysis has also been employed to track carefully the chemical changes taking place during reaction. A number of interesting horizontal and vertical trends have been uncovered relating to reactant valency and metal d-band filling. A general correlation has also been found between the reaction barriers and the reaction potential energies. Moreover, when each reaction is considered independently, correlation has been found to improve with decreasing reactant valency. Bonding analysis has pointed to this being related to the relative position of the transition state along the reaction coordinate and has shown that as reactant valency decreases, the transition states become progressively later.

Measurement and modeling of hyperfine properties in ferroic materials

This thesis presents the results of perturbed angular correlation (PAC) experiments , an experimental technique which measures the hyperfine interaction at probes (radioactive ions implanted in the materials to study), from which one infers local information on an atomic scale. Furthermore, abinitio calculations using density functional theory electronic obtain results that directly complement the experiments, and are also used for theoretical research. These methods were applied in two families of materials. The manganites, with the possible existence of magnetic, charge, orbital and ferroelectric orders, are of fundamental and technological interest. The experimental results are obtained in the alkaline-earth manganites (Ca, Ba, Sr), with special interest due to the structural variety of possible polymorphs. With probes of Cd and In the stability of the probe and its location in a wide temperature range is established and a comparison with calculations allows the physical interpretation of the results. Calculations of hyperfine properties in rare-earth manganites are also presented. The second type of materials in which hyperfine properties were studied are the Manganese pnictides: MnAs, MnSb, and MnBi, compounds in which magnetism is fundamental. The experimental results obtained mainly consider the MnAs compound, whose magneto-structural transition is of great interest. The transition is analyzed in detail with the local resolution characteristic of the technique, obtaining information of the character of the transition also with complementary, more conventional techniques. The last work in this thesis uses only the first principles calculations, continuing the theme of the hyperfine interactions, but this time with respect to ferroelectrics. Several transition metal oxides with perovskite or distorted structures are considered. The electric field gradient which exists due to the quadrupole interaction in nuclei is related to the spontaneous electric polarization, the main quantity measured in ferroelectrics. This study provides a fundamental theoretical basis for previous empirical studies, suggesting new directions for research in ferroelectrics and multiferroics using techniques which measure the electric field gradient.

Cobalt complexes with pyrazole ligands as catalyst precursors for the peroxidative oxidation of cyclohexane: Z-ray absorption spectroscopy studies and biological applications

[CoCl(-Cl)(Hpz(Ph))(3)](2) (1) and [CoCl2(Hpz(Ph))(4)] (2) were obtained by reaction of CoCl2 with HC(pz(Ph))(3) and Hpz(Ph), respectively (Hpz(Ph)=3-phenylpyrazole). The compounds were isolated as air-stable solids and fully characterized by IR and far-IR spectroscopy, MS(ESI+/-), elemental analysis, cyclic voltammetry (CV), controlled potential electrolysis, and single-crystal X-ray diffraction. Electrochemical studies showed that 1 and 2 undergo single-electron irreversible (CoCoIII)-Co-II oxidations and (CoCoI)-Co-II reductions at potentials measured by CV, which also allowed, in the case of dinuclear complex 1, the detection of electronic communication between the Co centers through the chloride bridging ligands. The electrochemical behavior of models of 1 and 2 were also investigated by density functional theory (DFT) methods, which indicated that the vertical oxidation of 1 and 2 (that before structural relaxation) affects mostly the chloride and pyrazolyl ligands, whereas adiabatic oxidation (that after the geometry relaxation) and reduction are mostly metal centered. Compounds 1 and 2 and, for comparative purposes, other related scorpionate and pyrazole cobalt complexes, exhibit catalytic activity for the peroxidative oxidation of cyclohexane to cyclohexanol and cyclohexanone under mild conditions (room temperature, aqueous H2O2). Insitu X-ray absorption spectroscopy studies indicated that the species derived from complexes 1 and 2 during the oxidation of cyclohexane (i.e., Ox-1 and Ox-2, respectively) are analogous and contain a Co-III site. Complex 2 showed low invitro cytotoxicity toward the HCT116 colorectal carcinoma and MCF7 breast adenocarcinoma cell lines.

A DFT Guided/Experimental Approach to Asymmetric Allylation and Phase-Transfer Catalysis

The Dudding group is interested in the application of Density Functional Theory (DFT) in developing asymmetric methodologies, and thus the focus of this dissertation will be on the integration of these approaches. Several interrelated subsets of computer aided design and implementation in catalysis have been addressed during the course of these studies. The first of the aims rested upon the advancement of methodologies for the synthesis of biological active C(1)-chiral 3-methylene-indan-1-ols, which in practice lead to the use of a sequential asymmetric Yamamoto-Sakurai-Hosomi allylation/Mizoroki Heck reaction sequence. An important aspect of this work was the utilization of ortho-substituted arylaldehyde reagents which are known to be a problematic class of substrates for existing asymmetric allylation approaches. The second phase of my research program lead to the further development of asymmetric allylation methods using o-arylaldehyde substrates for synthesis of chiral C(3)-substituted phthalides. Apart from the de novo design of these chemistries in silico, which notably utilized water-tolerant, inexpensive, and relatively environmental benign indium metal, this work represented the first computational study of a stereoselective indium-mediated process. Following from these discoveries was the advent of a related, yet catalytic, Ag(I)-catalyzed approach for preparing C(3)-substituted phthalides that from a practical standpoint was complementary in many ways. Not only did this new methodology build upon my earlier work with the integrated (experimental/computational) use of the Ag(I)-catalyzed asymmetric methods in synthesis, it provided fundamental insight arrived at through DFT calculations, regarding the Yamamoto-Sakurai-Hosomi allylation. The development of ligands for unprecedented asymmetric Lewis base catalysis, especially asymmetric allylations using silver and indium metals, followed as a natural extension from these earlier discoveries. To this end, forthcoming as well was the advancement of a family of disubstituted (N-cyclopropenium guanidine/N-imidazoliumyl substituted cyclopropenylimine) nitrogen adducts that has provided fundamental insight into chemical bonding and offered an unprecedented class of phase transfer catalysts (PTC) having far-reaching potential. Salient features of these disubstituted nitrogen species is unprecedented finding of a cyclopropenium based C-H•••πaryl interaction, as well, the presence of a highly dissociated anion projected them to serve as a catalyst promoting fluorination reactions. Attracted by the timely development of these disubstituted nitrogen adducts my last studies as a PhD scholar has addressed the utility of one of the synthesized disubstituted nitrogen adducts as a valuable catalyst for benzylation of the Schiff base N-diphenyl methylene glycine ethyl ester. Additionally, the catalyst was applied for benzylic fluorination, emerging from this exploration was successful fluorination of benzyl bromide and its derivatives in high yields. A notable feature of this protocol is column-free purification of the product and recovery of the catalyst to use in a further reaction sequence.

DFT Studies of the Organocatalytic Aldol Reaction and a Frustrated Lewis Pair

The computational study, and in particular the density functional theory (DFT) study of the organocatalytic α-chlorination-aldol reaction and the chiral backbone Frustrated Lewis Pair (FLP) system served as a valuable tool for experimental purposes. This thesis describes methods to consider different transition states of the proline- catalyzed α-chlorination aldol reaction to determine the reasonable transition state in the reaction between the enamine and α-chloro aldehydes. Moreover, the novel intramolecular Frustrated Lewis pair based on a chiral backbone for the asymmetric hydrogenation of imines and enamines was designed and the ability of hydrogen splitting by this new FLP system was examined by computational modeling and calculating the hydrogen activation energy barrier.

Études spectroscopiques expérimentales et théoriques de complexes de métaux de transition

Cette thèse présente une série d'études qui visent la compréhension de la structure électronique de complexes de métaux de transition en employant diverses méthodes de spectroscopie. L'information sur la structure électronique aide à comprendre et développer des nouveaux matériaux, des nouvelles voies de synthèses, ainsi que des nouveaux modèles théoriques. Habituellement, afin d'explorer la structure électronique d'un système qui comporte en son centre un métal de transition, l'information fournie par les spectres d'un seul composé n'est pas suffisante. On étudie une série de composés similaires, qui ont le même métal de transition à un degré d'oxydation donné, ainsi que des ligands qui forment des liaisons de différentes forces et caractéristiques avec le métal. Cependant, ces changements, bien qu'on les désire de faible impact, créent une grande perturbation de la structure électronique visée par les études. Afin d'étudier en profondeur une seule structure électronique, nous employons une stratégie d'analyse moins perturbante. Nous appliquons une pression hydrostatique sur les complexes de métaux de transition. Cette pression perturbe le système suffisamment pour nous livrer davantage d'informations sur la structure électronique, sans la « dénaturer ». Afin d'étudier précisément ces systèmes perturbés, la technique d'application de pression est conjuguée, dans la littérature, aux diverses techniques de spectroscopie d'absorption UV-visible, de luminescence, ainsi que de diffusion Raman. Pour extraire un maximum d'informations de ces expériences, on emploie des techniques de calculs de structure électronique ainsi que de dynamique des noyaux. Dans cette thèse, on tente de mettre en lumière la structure électronique de composés de molybdène(IV), de platine(II) et palladium(II) à l'aide de la technique de pression couplée aux spectroscopies de luminescence et de diffusion Raman. Dans le chapitre 3, on observe un déplacement de la bande de luminescence de +12 cm-1/kbar entre la pression ambiante et 25 kbar pour le complexe trans-[MoOCl(CN-t-Bu)4]BPh4, dont le centre métallique molybdène(IV)est de configuration électronique 4d2. Il s'agit de la première variation positive observée pour un complexe de type métal-oxo. À des pressions plus élevées, la tendance s'inverse. Le maximum d'énergie de la bande de luminescence se déplace de -8 cm-1/kbar. Ce changement de variation présage d'une compétition interne entre les ligands situés sur les différents axes de l'octaèdre. À l'aide de calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, on propose un mécanisme pour expliquer ce phénomène. Au cours du chapitre 4, on étudie des complexes de palladium(II) et de platine(II) qui ont les mêmes ligands. Un de ces ligands est le 1,4,7-trithiacyclononane (ttcn). On constate qu'à basse pression le ligand est bidentate. Par contre, lorsque la pression augmente, on constate, par exemple à l'aide du complexe [Pt(ttcn)Cl2], qu'une interaction anti-liante supplémentaire se produit entre le ligand ttcn et le métal, ce qui change la nature de l'orbitale HOMO. On observe un déplacement de la bande de luminescence de -19 cm-1/kbar. Tel que pour le complexe de molybdène(IV), le déplacement de la bande de luminescence dépend de la compétition entre les ligands situés sur les différents axes de l'octaèdre. L'interaction liante entre l'ion platine(II) et l'atome de soufre axial est l'effet le plus plausible qui peut induire un déplacement de la bande de luminescence vers les basses énergies. Ceci nous indique que cette interaction domine. Par contre, pour ce qui est du complexe palladium(II), la compétition est remportée par d'autres effets, car le déplacement de la bande de luminescence est de +6 cm-1/kbar. Encore une fois, des calculs, basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, aident à explorer les causes de ces observations en suggérant des explications corroborées simultanément par les diverses expériences de spectroscopie. Lors du chapitre 5, une étude plus exacte de la structure électronique ainsi que de la dynamique des noyaux de complexes de métaux de transition est présentée. En effet, les complexes de palladium(II) et de platine(II), de type [M(X)4]2-, ont une structure simple, très symétrique. Le premier état excité de ces molécules subit la distorsion Jahn-Teller. On veut établir un protocole de travail pour les expérimentateurs afin d'analyser des spectres de molécules pour lesquelles l'approximation de Born-Oppenheimer n'est pas valide. On utilise la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps ainsi que le modèle de Heidelberg afin de décrire des effets non adiabatique. On tente d'établir l'influence des effets non adiabatiques sur les spectres de ce type de complexe.

Étude, par principes premiers, des effets de la corrélation entre électrons sur les propriétés électroniques et magnétiques de polymères pontés et de supraconducteurs à haute température critique

La présente thèse traite de la description de systèmes complexes, notamment des polymères et des cuprates, par la théorie de la fonctionnelle de la densité. En premier lieu, la théorie de la fonctionnelle de la densité ainsi que différentes fonctionnelles utilisées pour simuler les matériaux à l’étude sont présentées. Plus spécifiquement, les fonctionnelles LDA et GGA sont décrites et leurs limites sont exposées. De plus, le modèle de Hubbard ainsi que la fonctionnelle LDA+U qui en découle sont abordés dans ce chapitre afin de permettre la simulation des propriétés de matériaux à forte corrélation électronique. Par la suite, les résultats obtenus sur les polymères sont résumés par deux articles. Le premier traite de la variation de la bande interdite entre les polymères pontés et leurs homologues non pontés. Le second se penche sur l’étude de polymères à faible largeur de bande interdite. Dans ce dernier, il sera démontré qu’une fonctionnelle hybride, contenant de l’échange exact, est nécessaire afin de décrire les propriétés électroniques des systèmes à l’étude. Finalement, le dernier chapitre est consacré à l’étude des cuprates supraconducteurs. La LDA+U pouvant rendre compte de la forte localisation dans les orbitales 3d des atomes de cuivre, une étude de l’impact de cette fonctionnelle sur les propriétés électroniques est effectuée. Un dernier article investiguant différents ordres magnétiques dans le La2CuO4 dopé termine le dernier chapitre. On trouve aussi, en annexe, un complément d’information pour le second article et une description de la théorie de la supraconductivité de Bardeen, Cooper et Schrieffer.

Méthode de calcul à N-corps basée sur la G0W0 : étude du couplage électron-phonon dans le C60 et développement d’une approche accélérée pour matériaux organiques

La présente thèse porte sur les limites de la théorie de la fonctionnelle de la densité et les moyens de surmonter celles-ci. Ces limites sont explorées dans le contexte d'une implémentation traditionnelle utilisant une base d'ondes planes. Dans un premier temps, les limites dans la taille des systèmes pouvant être simulés sont observées. Des méthodes de pointe pour surmonter ces dernières sont ensuite utilisées pour simuler des systèmes de taille nanométrique. En particulier, le greffage de molécules de bromophényle sur les nanotubes de carbone est étudié avec ces méthodes, étant donné l'impact substantiel que pourrait avoir une meilleure compréhension de ce procédé sur l'industrie de l'électronique. Dans un deuxième temps, les limites de précision de la théorie de la fonctionnelle de la densité sont explorées. Tout d'abord, une étude quantitative de l'incertitude de cette méthode pour le couplage électron-phonon est effectuée et révèle que celle-ci est substantiellement plus élevée que celle présumée dans la littérature. L'incertitude sur le couplage électron-phonon est ensuite explorée dans le cadre de la méthode G0W0 et cette dernière se révèle être une alternative substantiellement plus précise. Cette méthode présentant toutefois de sévères limitations dans la taille des systèmes traitables, différents moyens théoriques pour surmonter ces dernières sont développés et présentés dans cette thèse. La performance et la précision accrues de l'implémentation résultante laissent présager de nouvelles possibilités dans l'étude et la conception de certaines catégories de matériaux, dont les supraconducteurs, les polymères utiles en photovoltaïque organique, les semi-conducteurs, etc.

Étude de dispositifs électroniques moléculaires à l'aide de modèles simples

Cette thèse en électronique moléculaire porte essentiellement sur le développement d’une méthode pour le calcul de la transmission de dispositifs électroniques moléculaires (DEMs), c’est-à-dire des molécules branchées à des contacts qui forment un dispositif électronique de taille moléculaire. D’une part, la méthode développée vise à apporter un point de vue différent de celui provenant des méthodes déjà existantes pour ce type de calculs. D’autre part, elle permet d’intégrer de manière rigoureuse des outils théoriques déjà développés dans le but d’augmenter la qualité des calculs. Les exemples simples présentés dans ce travail permettent de mettre en lumière certains phénomènes, tel que l’interférence destructive dans les dispositifs électroniques moléculaires. Les chapitres proviennent d’articles publiés dans la littérature. Au chapitre 2, nous étudions à l’aide d’un modèle fini avec la méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité de Kohn-Sham un point quantique moléculaire. De plus, nous calculons la conductance du point quantique moléculaire avec une implémentation de la formule de Landauer. Nous trouvons que la structure électronique et la conductance moléculaire dépendent fortement de la fonctionnelle d’échange et de corrélation employée. Au chapitre 3, nous discutons de l’effet de l’ajout d’une chaîne ramifiée à des molécules conductrices sur la probabilité de transmission de dispositifs électroniques moléculaires. Nous trouvons que des interférences destructives apparaissent aux valeurs propres de l’énergie des chaînes ramifiées isolées, si ces valeurs ne correspondent pas à des états localisés éloignés du conducteur moléculaire. Au chapitre 4, nous montrons que les dispositifs électroniques moléculaires contenant une molécule aromatique présentent généralement des courants circulaires qui sont associés aux phénomènes d’interférence destructive dans ces systèmes. Au chapitre 5, nous employons l’approche « source-sink potential » (SSP) pour étudier la transmission de dispositifs électroniques moléculaires. Au lieu de considérer les potentiels de sources et de drains exactement, nous utilisons la théorie des perturbations pour trouver une expression de la probabilité de transmission, T(E) = 1 − |r(E)|2, où r(E) est le coefficient de réflexion qui dépend de l’énergie. Cette expression dépend des propriétés de la molécule isolée, en effet nous montrons que c’est la densité orbitalaire sur les atomes de la molécule qui sont connectés aux contacts qui détermine principalement la transmission du dispositif à une énergie de l’électron incident donnée. Au chapitre 6, nous présentons une extension de l’approche SSP à un canal pour des dispositifs électroniques moléculaires à plusieurs canaux. La méthode à multiples canaux proposée repose sur une description des canaux propres des états conducteurs du dispositif électronique moléculaire (DEM) qui sont obtenus par un algorithme auto-cohérent. Finalement, nous utilisons le modèle développé afin d’étudier la transmission du 1-phényl-1,3-butadiène branché à deux rangées d’atomes couplées agissant comme contacts à gauche et à la droite.

Spin and density longitudinal response of quantum dots in the time-dependent local-spin-density approximation

The longitudinal dipole response of a quantum dot has been calculated in the far-infrared regime using local-spin-density-functional theory. We have studied the coupling between the collective spin and density modes as a function of the magnetic field. We have found that the spin dipole mode and single-particle excitations have a sizable overlap, and that the magnetoplasmon modes can be excited by the dipole spin operator if the dot is spin polarized. The frequency of the dipole spin edge mode presents an oscillation which is clearly filling factor (v) related. We have found that the spin dipole mode is especially soft for even-n values. Results for selected numbers of electrons and confining potentials are discussed.