Ultrafast electron diffraction (UED): A new development for the 4D determination of transient molecular structures

Helvetica Chimica Acta

Volumn 86, Issue 6, 2003, Pages 1763-1838

  Srinivasan, Ramesh ^a   Lobastov, Vladimir A ^a   Ruan, Chong Yu ^a   Zewail, Ahmed H ^a  

^a CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHEMICAL BONDS; ELECTRON DIFFRACTION; IMAGING TECHNIQUES; STEREOCHEMISTRY; THERMAL EFFECTS; ULTRAFAST PHENOMENA;

COMPLEX MOLECULAR STRUCTURE;

MOLECULAR STRUCTURE;

CARBENE; ORGANOMETALLIC COMPOUND;

ANALYTIC METHOD; CHEMICAL STRUCTURE; COMPLEX FORMATION; CONFORMATIONAL TRANSITION; ELECTRON DIFFRACTION; MOLECULAR DYNAMICS; PHASE TRANSITION; PRIORITY JOURNAL; PROTEIN DNA INTERACTION; REVIEW; STEREOCHEMISTRY; STRUCTURE ANALYSIS; X RAY DIFFRACTION;

EID: 0042305023     PISSN: 0018019X     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: None     Document Type: Review

References (169)

1. 'The Chemical Bond: Structure and Dynamics', Ed. A. H. Zewail, Academic Press. San Diego, California, 1992.
2. B. Kojic-Prodic, J. Kroon, Croat. Chem. Acta 2001, 74, 1.
3. A. H. Zewail, in 'Les Prix Nobel: The Nobel Prizes 1999'. Ed. T. Frängsmyr, Almqvist & Wiksell, Stockholm, 2000, p. 103.
4. 'Femtochemistry: Ultrafast Dynamics of the Chemical Bond', Ed. A. H. Zewail, World Scientific, Singapore, 1994.
5. 'Femtosecond Chemistry', Eds. J. Manz, L. Wöste, VCH, Weinheim, 1995.
6. 'Femtochemistry: Ultrafast Chemical and Physical Processes in Molecular Systems', Ed. M. Chergui, World Scientific, Singapore, 1996.
7. 'Femtochemistry and Femtobiology: Ultrafast Reaction Dynamics at Atomic-Scale Resolution', Ed. V. Sundström, Imperial College Press, London, 1997.
8. 'Femtochemistry', Eds. F. C. De Schryver, S. De Feyter, G. Schweitzer, Wiley-VCH, Weinheim, 2001.
9. 'Femtochemistry and Femtobiology: Ultrafast Dynamics in Molecular Science', Eds. A. Douhal, J. Santamaria, World Scientific, Singapore, 2002.
10. M. T. Zanni, R. M. Hochstrasser, Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 516.
11. S. Mukamel, 'Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy', Oxford University Press, New York. 1995.
12. J.-C. Gauthier, A. Rousse, J. Phys. IV 2002, 12, 59.
13. C. W. Siders, A. Cavalleri, Science 2003, 300, 591.
14. A. Rousse, C. Rischel, J.-C. Gauthier, Rev. Mod. Phys. 2001, 73, 17.
15. L. X. Chen, W. J. H. Jäger, G. Jennings, D. J. Gosztola, A. Munkholm, J. P. Hessler, Science 2001, 292, 262.
16. D. A. Ouilanov, I. V. Tomov, A. S. Dvornikov, P. M. Rentzepis, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2002, 99, 12556.
17. F. Ráksi, K. R. Wilson, Z. Jiang, A. Ikhlef, C. Y. Côté, J.-C. Kieffer, J. Chem. Phys. 1996, 104, 6066.
18. M. Saes, C. Bressler, R. Abela, D. Grolimind, S. L. Johnson, P. A. Heimann, M. Chergui, Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 0474031.
19. I. Hargittai, in 'Stereochemical Applications of Gas-Phase Electron Diffraction, Part. A: The Electron Diffraction Technique', Ed. I. Hargittai, M. Hargittai, VCH, New York, 1988, p. 1.
20. H. Mark, R. Wierl, Naturwissenschaften 1930, 18, 205.
21. P. Debye, L. Bewilogua, F. Ehrhardt, Phys. Z. 1929, 30, 84.
22. A. Klug, in 'Les Prix Nobel: The Nobel Prizes 1982', Ed. W. Odelberg, Almqvist & Wiksell, Stockholm. 1983, p. 93.
23. R. Henderson, Q. Rev. Biophys. 1995, 28, 171.
24. A. H. Zewail, Faraday Discuss. 1991, 91, 207.
25. J. C. Williamson, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1991, 88, 5021.
26. J. C. Williamson, M. Dantus, S. B. Kim, A. H. Zewail, Chem. Phys. Lett. 1992, 196, 529.
27. J. C. Williamson, A. H. Zewail, Chem. Phys. Lett. 1993, 209, 10.
28. J. C. Williamson, A. H. Zewail, J. Phys. Chem. 1994, 98, 2766.
29. M. Dantus, S. B. Kim, J. C. Williamson, A. H. Zewail, J. Phys. Chem. 1994, 98, 2782.
30. J. C. Williamson, J. Cao, H. Ihee, H. Frey, A. H. Zewail, Nature 1997, 386, 159.
31. H. Ihee, J. Cao, A. H. Zewail, Chem. Phys. Lett. 1997, 281, 10.
32. J. Cao, H. Ihee, A. H. Zewail, Chem. Phys. Lett. 1998, 290, 1.
33. J. Cao, H. Ihee, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1999, 96, 338.
34. H. Ihee, A. H. Zewail, W. A. Goddard III, J. Phys. Chem. A 1999, 103, 6638.
35. H. Ihee, V. A. Lobastov, U. Gomez, B. M. Goodson, R. Srinivasan, C.-Y. Ruan, A. H. Zewail, Science 2001, 291, 458.
36. H. Ihee, J. Cao, A. H. Zewail, Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 1532.
37. H. Ihee, J. Kua, W. A. Goddard III, A. H. Zewail, J. Phys. Chem. A 2001, 105, 3623.
38. C.-Y. Ruan, V. A. Lobastov, R. Srinivasan, B. M. Goodson, H. Ihee, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 7117.
39. V. A. Lobastov, R. Srinivasan, B. M. Goodson, C.-Y. Ruan, J. S. Feenstra, A. H. Zewail, J. Phys. Chem. A 2001, 105, 11159.
40. H. Ihee, J. S. Feenstra, J. Cao, A. H. Zewail, Chem. Phys. Lett. 2002, 353, 325.
41. H. Ihee, B. M. Goodson, R. Srinivasan, V. Lobastov, A. H. Zewail, J. Phys. Chem. A 2002, 106, 4087.
42. B. M. Goodson, C.-Y. Ruan, V. A. Lobastov, R. Srinivasan, A. H. Zewail, Chem. Phys. Lett. 2003, 374, 417.
43. C. J. Davisson, L. H. Germer, Phys. Rev. 1927, 30, 705.
44. G. P. Thomson, A. Reid, Nature 1927, 119, 890.
45. L. O. Brockway, Rev. Mod. Phys. 1936, 8, 231.
46. 'Stereochemical Applications of Gas-Phase Electron Diffraction', Eds. I. Hargittai, M. Hargittai, VCH, New York, 1988.
47. 'Fifty Years of Electron Diffraction', Ed. P. Goodman, D. Reidel Publishing, Dordrecht, 1981.
48. V. S. Mastryukov, Vib. Spectra Struct. 2000, 24, 85.
49. L. Pauling, L. O. Brockway, J. Am. Chem. Soc. 1935, 57, 2684.
50. F. Trendelenburg, Naturwissenschaften 1933, 21, 173.
51. C. Finbak, Avh. Norsk Vidensk.-Akad. Oslo 1937, 13.
52. P. P. Debye, Phys. Z. 1939, 66, 404.
53. M. Fink, R. A. Bonham, Rev. Sci. Instrum. 1970, 41, 389.
54. R. A. Bonham, M. Fink, 'High Energy Electron Scattering', Van Nostrand Reinhold, New York, 1974.
55. M. Fink, P. G. Moore, D. Gregory, J. Chem. Phys. 1979, 71, 5227.
56. J. D. Ewbank, L. Schäfer, D. W. Paul, O. J. Benston, J. C. Lennox, Rev. Sci. Instrum. 1984, 55, 1598.
57. A. A. Ischenko, V. V. Golubkov, V. P. Spiridonov, A. V. Zgurskii, A. S. Akhmanov, M. G. Vabischevich, V. N. Bagratashvili, Appl. Phys., B 1983, 32, 161.
58. A. P. Rood, J. Milledge, J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2 1984, 80, 1145.
59. L. S. Bartell, T. S. Dibble, J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 890.
60. J. D. Ewbank, W. L. Faust, J. Y. Luo, J. T. English, D. L. Monts, D. W. Paul, Q. Dou, L. Schäfer, Rev. Sci. Instrum. 1992, 63, 3352.
61. A. A. Ischenko, L. Schäfer, J. D. Ewbank, in 'Time-Resolved Diffraction', Eds. J. R. Helliwell, P. M. Rentzepis, Oxford University Press, New York, 1997, p. 323.
62. G. Mourou, S. Williamson, Appl. Phys. Lett. 1982, 41, 44.
63. S. Williamson, G. Mourou, J. C. M. Li, Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 2364.
64. H. E. Elsayed-Ali, G. A. Mourou, Appl. Phys. Lett. 1988, 52, 103.
65. M. Aeschlimann, E. Hull, J. Cao, C. A. Schmuttenmaer, L. G. Jahn, Y. Gao, H. E. Elsayed-Ali, D. A. Mantell, M. R. Scheinfein, Rev. Sci. Instrum. 1995, 66, 1000.
66. R. C. Dudek, P. M. Weber, J. Phys. Chem. A. 2001, 105, 4167.
67. S. Ryu, P. M. Weber, R. M. Stratt, J. Chem. Phys. 2000, 112, 1260.
68. J. D. Geiser, P. M. Weber, J. Chem. Phys. 1998, 108, 8004.
69. A. C. Yates, Phys. Rev. 1968, 176, 173.
70. 'International Tables for Crystallography', Eds. A. J. C. Wilson, E. Prince, Kluwer Academic Press. Dordrecht, 1999.
71. J. C. Williamson, Ph.D. Thesis, California Institute of Technology, 1998.
72. M. Y. Schelev, M. C. Richardson, A. J. Alcock, Appl. Phys. Lett. 1971, 18, 354.
73. T. Tsang, T. Srinivasan-Rao, J. Fischer, Phys. Rev. B 1991, 43, 8870.
74. P. Chen, Particle Accelerators 1987, 20, 171.
75. J. J. Su, T. Katsouleas, J. M. Dawson, Phys. Rev. A 1990, 41, 3321.
76. W. Pyckhout, N. Horemans, C. Van Alsenoy, H. J. Geise, D. W. H. Rankin, J. Mol. Struct. 1987, 156, 315.
77. D. Zhong, E. W.-G. Diau, T. M. Bernhardt, S. D. Feyter, J. D. Roberts, A. H. Zewail, Chem. Phys. Lett. 1998, 298, 129.
78. E. C. Lim, Adv. Photochem. 1997, 23, 165.
79. P. Avouris, W. M. Gelbart, M. A. El-Sayed, Chem. Rev. 1977, 77, 793.
80. N. Turro, 'Modern Molecular Photochemistry', University Science Books, Sausalito, California, 1991.
81. E. Villa, A. Amirav, E. C. Lim, J. Phys. Chem. 1988, 92, 5393.
82. A. L. Sobolewski, C. Woywood, W. J. Domcke, J. Chem. Phys. 1993, 98, 5627.
83. I. J. Palmer, I. N. Ragazos, F. Bernardi, M. Olivucci, M. A. Robb, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 673.
84. I. Yamazaki, K. Sushida, H. Baba, J. Chem. Phys. 1979, 71, 381.
85. I. Yamazaki, T. Murao, T. Yamanaka, K. Yoshihara, Faraday Discuss. Chem. Soc. 1983, 75, 395.
86. C. E. Otis, J. L. Knee, P. M. Johnson, J. Phys. Chem. 1983, 87, 2232.
87. U. Schubert, E. Riedle, H. J. Neusser, E. W. Schlag, J. Chem. Phys. 1986, 84, 6182.
88. J. H. Callomon, J. E. Parkin, R. Lopez-Delgado, Chem. Phys. Lett. 1972, 13, 125.
89. M. Chachisvilis, A. H. Zewail, J. Phys. Chem. A 1999, 103, 7408.
90. L. R. Khundkar, A. H. Zewail, J. Chem. Phys. 1990, 92, 231.
91. D. Zhong, S. Ahmad, A. H. Zewail, J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 5978.
92. H. Thomassen, S. Samdal, K. Hedberg, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 2810.
93. 'Free Radicals', Ed. J. K. Kochi, John Wiley & Sons, New York, 1973.
94. 'Handbook of Bimolecular and Termolecular Gas Reactions', Ed. J. A. Kerr, CRC Press, Boca Raton, 1981.
95. 'Free Radicals in Organic Chemistry', Eds. J. Fossey, D. Lefort, J. Sorba, John Wiley & Sons, New York, 1995.
96. P. S. Skell, D. L. Tuleen, P. D. Readio, J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 2849.
97. P. S. Skell, J. G. Traynham, Acc. Chem. Res. 1984, 17, 160.
98. B. Beagley, C. T. Parrott, V. Ulbrecht, G. G. Young, J. Mol. Struct. 1979, 52, 47.
99. I. W. Nowell, D. R. Russell, J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1972, 2393.
100. M. Y. Antipin, Y. T. Struchkov, A. N. Chernega, M. F. Meidine, J. F. Nixon, J. Organomet. Chem. 1992, 436, 79.
101. P. T. Snee, C. K. Payne, K. T. Kotz, H. Yang, C. B. Harris, J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 2255.
102. H. Wang, K. Brezinsky, J. Phys. Chem. A 1998, 102, 1530.
103. K. Pierloot, B. J. Persson, B. O. Roos, J. Phys. Chem. 1995, 99, 3465.
104. T.-K. Ha, R. Meyer, H. H. Günthard, Chem. Phys. Lett. 1980, 69, 510.
105. W. T. Borden, E. R. Davidson, J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 3771.
106. G. R. Liebling, H. M. McConnell, J. Chem. Phys. 1965, 42, 3931.
107. L. Yu, S. C. Foster, J. M. Williamson, M. C. Heaven, T. A. Miller, J. Phys. Chem. 1988, 92, 4263.
108. L. Yu, D. W. Cullen, J. M. Williamson, T. A. Miller, J. Chem. Phys. 1993, 98, 2682.
109. V. A. Korolev, O. M. Nefedov, Russ. Chem. Bull. 1993, 42, 1497.
110. M. Traetteberg, J. Am. Chem. Soc. 1964, 86, 4265.
111. H. Oberhammer, S. H. Bauer, J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 10.
112. J. M. Greathead, S. W. Orchard, Int. J. Chem. Kinet. 1983, 15, 1069.
113. F. A. L. Anet, I. Yavari, Tetrahedron Lett. 1975, 48, 4221.
114. B. E. Thomas IV, J. D. Evanseck, K. N. Houk, Isr. J. Chem. 1993, 33, 287.
115. P. J. Reid, S. J. Doig, S. D. Wickham, R. A. Mathies, J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 4754.
116. S. A. Trushin, S. Diemer, W. Fuß, K. L. Kompa, W. E. Schmid, Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 1431.
117. H.-M. Steuhl, C. Bornemann, M. Klessinger, Chem.-Eur. J 1999, 5, 2404.
118. A. Hertwig, H. Hippler, H. Schmid, A.-N. Unterreiner, Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 5129.
119. W. Paulick, C. Jung, U. Kempka, J. Sühnel, K. Gustav, J. Mol. Struct. 1981, 85, 235.
120. A. A. Ischenko, L. Schäfer, J. Y. Luo, J. D. Ewbank, J. Phys. Chem. 1994, 98, 8673.
121. E. W.-G. Diau, S. D. Feyter, A. H. Zewail, J. Chem. Phys. 1999, 110, 9785.
122. K. B. Møller. A. H. Zewail, Chem. Phys. Lett. 1998, 295, 1.
123. M. Yan, L. J. Rothberg, R. Callender, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 856.
124. P. J. Reid, A. P. Shreve, R. A. Mathies, J. Phys. Chem. 1993, 97, 12691.
125. M. K. Lawless, S. D. Wickham, R. A. Mathies, Acc. Chem. Res. 1995, 28, 493.
126. S. Lochbrunner, W. Fuss, W. E. Schmid, K. L. Kompa, J. Phys. Chem. A 1998, 102, 9334.
127. N. A. Andersen, S. H. Pullen, L. A. Walker II, J. J. Shiang, R. J. Sension, J. Phys. Chem. A 1998, 102, 10588.
128. W. Fuss, W. E. Schmid, S. A. Trushin, J. Chem. Phys. 2000, 112, 8347.
129. D. C. Clary, A. J. H. M. Meijer, J. Chem. Phys. 2002, 116, 9829.
130. A. Hoffman, R. de Vivie-Riedle, Chem. Phys. Lett. 2001, 346, 299.
131. H.-G. Mack, H. Oberhammer, E. O. John, R. L. Kirchmeier, J. M. Shreeve, J. Mol. Struct. 1991, 250, 103.
132. C. W. Mathews, Can. J. Phys. 1967, 45, 2355.
133. W. H. Kirchhoff, D. R. Lide Jr., F. X. Powell, J. Mol. Spectrosc. 1973, 47, 491.
134. M. R. Cameron, S. H. Kable, G. B. Bacskay, J. Chem. Phys. 1995, 103, 4476.
135. B.-S. Cheong, H.-G. Cho, J. Phys. Chem. A 1997, 101, 7901.
136. Z.-L. Cai, J. Phys. Chem. 1993, 97, 8399.
137. N. Russo, E. Sicilia, M. Toscano, J. Chem. Phys. 1992, 97, 5031.
138. C. W. Bauschlicher Jr., H. F. Schaefer III, P. S. Bagus, J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 7106.
139. M. Wrighton, Chem. Rev. 1974, 74, 401.
140. M. Poliakoff, E. Weitz, Acc. Chem. Res. 1987, 20, 408.
141. B. Beagley, D. G. Schmidling, J. Mol. Struct. 1974, 22, 466.
142. O. González-Blanco, V. Branchadell, J. Chem. Phys. 1999, 110, 778.
143. T. A. Seder, A. J. Ouderkirk, E. Weitz, J. Chem. Phys. 1986, 85, 1977.
144. I. M. Waller, J. W. Hepburn, J. Chem. Phys. 1988, 88, 6658.
145. B. K. Venkataraman, G. Bandukwalla, Z. Zhang, M. Vernon, J. Chem. Phys. 1989, 90, 5510.
146. A. Veillard, A. Strich, C. Daniel, P. E. M. Siegbahn, Chem. Phys. Lett. 1987, 141, 329.
147. M. Poliakoff, J. J. Turner, J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1974, 2276.
148. S. A. Trushin, W. Fuss, K. L. Kompa, W. E. Schmid, J. Phys. Chem. A 2000, 104, 1997.
149. M. Poliakoff, J. J. Turner, Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 2809.
150. P. Debye, Ann. Phys. 1915, 46, 809.
151. J. Karle, Struct. Chem. 2000, 11, 91.
152. K. Hoshina, K. Yamanouchi, T. Ohshima, Y. Ose, H. Todokoro, J. Chem. Phys. 2003, 118, 6211.
153. M. Y. Schelev, G. I. Bryukhnevich, M. A. Monastyrski, A. M. Prokhorov, A. V. Smirnov, N. S. Vorobiev, Opt. Eng. 1998, 37, 2249; H. Niu, V. P. Degtyareva, V. N. Platonov, A. M. Prokhorov, M. Y. Schelev, Proc. SPIE 1988, 1032, 79.
154. M. Y. Schelev, G. I. Bryukhnevich, M. A. Monastyrski, A. M. Prokhorov, A. V. Smirnov, N. S. Vorobiev, Opt. Eng. 1998, 37, 2249; H. Niu, V. P. Degtyareva, V. N. Platonov, A. M. Prokhorov, M. Y. Schelev, Proc. SPIE 1988, 1032, 79.
155. B.-L. Qian, H. E. Elsayed-Ali, Rev. Sci. Instrum. 2001, 72, 3507.
156. B.-L. Qian, H. E. Elsayed-Ali, Phys. Rev. E 2002, 65, 046502.
157. B. J. Siwick, J. R. Dwyer, R. E. Jordan, R. J. D. Miller, J. Appl. Phys. 2002, 92, 1643.
158. J. Hajdu, Curr. Opin. Struc. Biol. 2000, 10, 569.
159. J. Miao, K. O. Hodgson, D. Sayre, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2001, 98, 6641.
160. G. Webster, R. Hilgenfeld, Single Mol. 2002, 3, 63.
161. P. Ball, Nature 1999, 402, C30 Suppl.
162. J. M. Thomas, Nature 1991, 351, 694.
163. R. Hoffmann, Am. Sci. 1999, 87, 308.
164. J. R. Helliwell, Phys. World 2001, 14, 25.
165. E. Wilson, Chem. Eng. News 2001, 79, 10.
166. N. Hall, Chem. Commun. 2002, 2185.
167. J. M. Thomas, Faraday Discuss. 2002, 122, 395.
168. P. Coppens, I. V. Novozhilova, Faraday Discuss. 2002, 122, 1.
169. I. L. Karle, J. Karle, J. Chem. Phys. 1950, 18, 963.