Nonlocal dielectric functions on the nanoscale: Screened forces from unscreened potentials

Journal of Chemical Physics

Volumn 119, Issue 16, 2003, Pages 8250-8256

  Jenkins, Olga Spirina ^a   Hunt, Katharine L C ^a  

^a MICHIGAN STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

APPROXIMATION THEORY; CARRIER CONCENTRATION; DIELECTRIC PROPERTIES; MOLECULAR DYNAMICS; PERTURBATION TECHNIQUES; PROBABILITY DENSITY FUNCTION;

DIELECTRIC FUNCTIONS; INTERMOLECULAR INTERACTION; NANOSCALE; SCREENED FORCES;

QUANTUM THEORY;

EID: 0242425964     PISSN: 00219606     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.1590644     Document Type: Article

References (189)

1. D. Pines, Elementary Excitations in Solids (Benjamin, New York, 1963).
2. G. Nienhuis and J. M. Deutch, J. Chem. Phys. 55, 4213 (1971)
3. G. Nienhuis and J. M. Deutch J. Chem. Phys. 56, 235 (1972)
4. G. Nienhuis and J. M. Deutch, J. Chem. Phys. 56, 1819 (1972).
5. T. Keyes and B. M. Ladanyi, Mol. Phys. 33, 1271 (1977).
6. M. V. Basilevsky and D. F. Parsons, J. Chem. Phys. 108, 9107 (1998).
7. N. J. M. Horing and Y. Ayaz, Phys. Rev. B 58, 2001 (1998)
8. N. J. M. Horing, ibid, 59, 5648 (1999).
9. B. Goodman and R. A. Serota, Physica B 305, 208 (2001).
10. M. S. Hybertsen and S. G. Louie, Phys. Rev. B 35, 5585 (1987)
11. M. S. Hybertsen and S. G. Louie, Phys. Rev. B 35, 5602 (1987).
12. F. O. Raineri, Y. Q. Zhou, and H. L. Friedman, Chem. Phys. 152, 201 (1991)
13. F. O. Raineri, H. Resat, and H. L. Friedman, J. Chem. Phys. 96, 3068 (1992).
14. A. A. Kornyshev and G. Sutmann, J. Chem. Phys. 104, 1524 (1996)
15. P. A. Bopp, A. A. Kornyshev, and G. Sutmann, Phys. Rev. Lett. 76, 1280 (1996)
16. P. A. Bopp, A. A. Kornyshev, and G. Sutmann, J. Chem. Phys. 109, 1939 (1998).
17. A. A. Kornyshev and A. Nitzan, Z. Phys. Chem. (Munich) 215, 701 (2001).
18. S. L. Adler, Phys. Rev. 126, 413 (1962).
19. N. Wiser, Phys. Rev. 129, 62 (1963).
20. B. Linder, Adv. Chem. Phys. 12, 225 (1967)
21. B. Linder and D. A. Rabenold, Adv. Quantum Chem. 6, 203 (1972).
22. X. Li, C. Ahuja, K. L. C. Hunt, and J. F. Harrison (unpublished).
23. A. Zangwill and P. Soven, Phys. Rev. A 21, 1561 (1980)
24. A. Zangwill and D. A. Liberman, Comput. Phys. Commun. 32, 63 (1984).
25. E. K. U. Gross and W. Kohn, Phys. Rev. Lett. 55, 2850 (1985)
26. E. K. U. Gross, J. F. Dobson, and M. Petersilka, Top. Curr. Chem. 181, 81 (1996).
27. S. J. A. van Gisbergen, J. G. Snijders, and E. J. Baerends, J. Chem. Phys. 103, 9347 (1995)
28. S. J. A. van Gisbergen, J. G. Snijders, and E. J. Baerends, Comput. Phys. Commun. 118, 119 (1999).
29. G. King, F. S. Lee, and A. Warshel, J. Chem. Phys. 95, 4366 (1991).
30. P. E. Smith, R. M. Brunne, A. E. Mark, and W. F. van Gunsteren, J. Phys. Chem. 97, 2009 (1993)
31. J. W. Pitera, M. Falta, and W. F. van Gunsteren, Biophys. J. 80, 2546 (2001)
32. T. N. Heinz, W. F. van Gunsteren, and P. H. Hunenberger, J. Chem. Phys. 115, 125 (2001).
33. T. Simonson, D. Perahia, and A. T. Brünger, Biophys. J. 59, 670 (1991)
34. T. Simonson and D. Perahia, Comput. Phys. Commun. 91, 291 (1995)
35. T. Simonson and C. L. Brooks, J. Am. Chem. Soc. 118, 8452 (1996)
36. T. Simonson, ibid, 120, 4875 (1998)
37. T. Simonson, Int. J. Quantum Chem. 73, 45 (1999)
38. T. Simonson, J. Phys. Chem. B 104, 6509 (2000).
39. T. Fonseca and B. M. Ladanyi, J. Chem. Phys. 93, 8148 (1990)
40. M. S. Skaf and B. M. Ladanyi, ibid. 102, 6542 (1995).
41. D. N. Bernardo, Y. B. Ding, K. Krogh-Jespersen, and R. M. Levy, J. Phys. Chem. 98, 4180 (1994).
42. T. Simonson, Chem. Phys. Lett. 250, 450 (1996).
43. M. S. Skaf J. Chem. Phys. 107, 7996 (1997)
44. M. S. Skaf, J. Mol. Struct.: THEOCHEM 505, 45 (2000).
45. R. M. Levy and E. Gallicchio, Annu. Rev. Phys. Chem. 49, 531 (1998).
46. B. Linder, K. F. Lee, P. Malinowski, and A. C. Tanner, Chem. Phys. 52, 353 (1980)
47. P. Malinowski, A. C. Tanner, K. F. Lee, and B. Linder, ibid. 62, 423 (1981)
48. B. Linder and R. A. Kromhout, J. Chem. Phys. 84, 2753 (1986).
49. P. W. Langhoff, Chem. Phys. Lett. 20, 33 (1973).
50. M. Krauss and D. B. Neumann, J. Chem. Phys. 71, 107 (1979)
51. M. Krauss, D. B. Neumann, and W. J. Stevens, Chem. Phys. Lett. 66, 29 (1979)
52. M. Krauss, W. J. Stevens, and D. B. Neumann, ibid. 71, 500 (1980)
53. M. Krauss and W. J. Stevens, ibid. 85, 423 (1982).
54. A. Koide, W. J. Meath, and A. R. Allnatt, Chem. Phys. 58, 105 (1981).
55. M. E. Rosenkrantz and M. Krauss, Phys. Rev. A 32, 1402 (1985)
56. M. E. Rosenkrantz, R. M. Regan, and D. D. Konawalow, J. Phys. Chem. 89, 2804 (1985).
57. K. L. C. Hunt, J. Chem. Phys. 78, 6149 (1983)
58. K. L. C. Hunt, J. Chem. Phys. 92, 1180 (1990).
59. K. L. C. Hunt and Y. Q. Liang, J. Chem. Phys. 95, 2549 (1991)
60. Y. Q. Liang and K. L. C. Hunt, ibid. 98, 4626 (1993).
61. P.-H. Liu and K. L. C. Hunt, J. Chem. Phys. 100, 2800 (1994).
62. X. Li and K. L. C. Hunt, J. Chem. Phys. 105, 4076 (1996).
63. P. Nozières and D. Pines, Nuovo Cimento 9, 470 (1958).
64. E. Zaremba and K. Sturm, Phys. Rev. Lett. 66, 2144 (1991).
65. B. U. Felderhof, G. W. Ford, and E. G. D. Cohen, J. Stat. Phys. 33, 241 (1983).
66. D. C. Langreth and S. Vosko, Adv. Quantum Chem. 21, 175 (1990).
67. M. A. Kaliteevski, S. Brand, R. A. Abram, V. V. Nikolaev, M. V. Maximov, N. N. Ledentsov, C. M. S. Torres and A. V. Kavokin, Phys. Rev. B 61, 13791 (2000)
68. M. A. Kaliteevski, S. Brand, R. A. Abram, V. V. Nikolaev, M. V. Maximov, C. M. S. Torres, and A. V. Kavokin, ibid. 64, 115305 (2001).
69. U. Kreibig, M. Gartz, and A. Hilger, Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 101, 1593 (1997)
70. A. Pack, M. Hietschold, and R. Wannemacher, Opt. Commun. 194, 277 (2001).
71. E. L. Ivchenko, Y. Fu, and M. Willander, Phys. Solid State 42, 1756 (2000).
72. M. Neumann, Mol. Phys. 57, 97 (1986).
73. R. Fuchs and F. Claro, Phys. Rev. B 35, 3722 (1987)
74. R. Rojas, F. Claro, and R. Fuchs, ibid. 37, 6799 (1988).
75. P. Attard, D. Wei, and G. N. Patey, Chem. Phys. Lett. 172, 69 (1990).
76. M. Urbakh and J. Klafter, J. Phys. Chem. 96, 3480 (1992)
77. M. Urbakh and J. Klafter, J. Phys. Chem. 97, 3344 (1993).
78. E. K. Lindmark, T. R. Nelson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, A. V. Kavokin, and M. A. Kaliteevski, Opt. Lett. 21, 994 (1996).
79. A. M. Kjaer and J. Ulstrup, Inorg. Chem. 25, 644 (1986).
80. A. A. Kornyshev and G. Sutmann, Electrochim. Acta 42, 2801 (1997).
81. F. O. Raineri and H. L. Friedman, Adv. Chem. Phys. 107, 81 (1999).
82. P. J. Stiles, J. B. Hubbard, and R. F. Kayser, J. Chem. Phys. 77, 6189 (1982).
83. D. Kivelson and K. G. Spears, J. Phys. Chem. 89, 1999 (1985).
84. P. Madden and D. Kivelson, Adv. Chem. Phys. 56, 467 (1984)
85. V. Friedrich and D. Kivelson, J. Chem. Phys. 86, 6425 (1987).
86. R. F. Loring and S. Mukamel, J. Chem. Phys. 87, 1272 (1987)
87. R. F. Loring, Y. J. Yan, and S. Mukamel, ibid. 87, 5840 (1987).
88. E. W. Castner, Jr., G. R. Fleming, B. Bagchi, and M. Maroncelli, J. Chem. Phys. 89, 3519 (1988).
89. B. Bagchi and A. Chandra, J. Chem. Phys. 90, 7338 (1989)
90. A. Chandra and B. Bagchi, ibid. 90, 1832 (1989)
91. A. Chandra and B. Bagchi, J. Chem. Phys. 91, 3056 (1989)
92. A. Chandra and B. Bagchi, J. Chem. Phys. 94, 3177 (1991).
93. A. A Kornyshev, A. M. Kuznetsov, D. K. Phelps, and M. J. Weaver, J. Chem. Phys. 91, 7159 (1989).
94. D. Wei and G. N. Patey, J. Chem. Phys. 93, 1399 (1990)
95. A. Chandra, D. Wei, and G. N. Patey, ibid. 99, 2083 (1993)
96. A. Chandra, D. Wei, and G. N. Patey, J. Chem. Phys. 99, 4926 (1993).
97. M. S. Skaf, T. Fonseca, and B. M. Ladanyi, J. Chem. Phys. 98, 8929 (1993)
98. B. M. Ladanyi and M. S. Skaf, J. Phys. Chem. 100, 1368 (1996).
99. H. L. Friedman, F. O. Raineri, F. Hirata, and B.-C. Perng, J. Stat. Phys. 78, 239 (1995).
100. M. Abraham, J. Liszi, and L. Meszaros, J. Chem. Phys. 70, 2491 (1979).
101. A. A. Kornyshev and M. A. Vorotyntsev, Surf. Sci. 101, 23 (1980)
102. A. A. Kornyshev and M. A. Vorotyntsev, Can. J. Chem. 59, 2031 (1981)
103. A. A. Kornyshev, W. Schmickler and M. A. Vorotyntsev, Phys. Rev. B 25, 5244 (1982).
104. P. J. Stiles, Aust. J. Chem. 33, 1389 (1980).
105. R. Levy, M. Belhadj, and D. Kitchen, J. Chem. Phys. 95, 3627 (1991).
106. B.-C. Perng, M. D. Newton, F. O. Raineri, and H. L. Friedman, J. Chem. Phys. 104, 7153 (1996)
107. B.-C. Perng, M. D. Newton, F. O. Raineri, and H. L. Friedman, J. Chem. Phys. 104, 7177 (1996).
108. M. V. Basilevsky and D. F. Parsons, J. Chem. Phys. 108, 9107 (1998).
109. H. J. Kim, H. L. Friedman, and F. O. Raineri, J. Chem. Phys. 94, 1442 (1991)
110. H. Resat, F. O. Raineri, and H. L. Friedman, ibid. 97, 2618 (1992)
111. F. O. Raineri, H. Resat, B.-C. Perng, F. Hirata, and H. L. Friedman, ibid. 100, 1477 (1994)
112. F. O. Raineri, B.-C. Perng, and H. L. Friedman, Electrochim. Acta 42, 2749 (1997).
113. A. A. Kornyshev, S. Leikin, and G. Sutmann, Electrochim. Acta 42, 849 (1997).
114. B.-C. Perng and B. M. Ladanyi, J. Chem. Phys. 110, 6389 (1999).
115. A. Chandra and B. Bagchi, J. Chem. Phys. 91, 7181 (1989).
116. O. Theimer and R. Paul, J. Chem. Phys. 42, 2508 (1965).
117. H. L. Frisch, Phys. Rev. 139, A68 (1965).
118. D. W. Oxtoby and W. M. Gelbart, Mol. Phys. 29, 1569 (1975)
119. D. W. Oxtoby and W. M. Gelbart, Mol. Phys. 30, 535 (1975).
120. W. H. Orttung and D. Vossoghi, J. Phys. Chem. 87, 1432 (1983)
121. W. H. Orttung and D. St. Julien, ibid. 87, 1438 (1983)
122. W. H. Orttung, ibid. 89, 3011 (1985)
123. D. H. Drum and W. H. Orttung, ibid. 92, 2115 (1988).
124. Z. H. Levine and P. Soven, Phys. Rev. A 29, 625 (1984).
125. W. H. Orttung, Ann. N.Y. Acad. Sci. 303, 22 (1977)
126. W. H. Orttung, J. Am. Chem. Soc. 100, 4769 (1978).
127. D. W. Oxtoby, J. Chem. Phys. 69, 1184 (1978)
128. D. W. Oxtoby, J. Chem. Phys. 72, 5171 (1980).
129. G. S. Agarwal and R. Inguva, Phys. Rev. B 30, 6108 (1984).
130. R. Funchs, R. G. Barrera, and J. L. Carrillo, Phys. Rev. B 54, 12824 (1996).
131. W. J. A. Maaskant and L. J. Oosterhoff, Mol. Phys. 8, 319 (1964).
132. L. M. Hafkensheid and J. Vlieger, Physica (Amsterdam) 75, 57 (1974).
133. J. E. Sipe and J. Van Kranendonk, Mol. Phys. 35, 1579 (1978).
134. X. Song, D. Chandler and R. A. Marcus, J. Phys. Chem. 100, 11954 (1996).
135. M. K. Gilson and B. Honig, Nature (London) 330, 84 (1987)
136. M. K. Gilson and B. Honig, Proteins: Struct., Funct., Genet. 3, 32 (1988)
137. M. K. Gilson and B. Honig, Proteins: Struct., Funct., Genet. 4, 7 (1988).
138. C. N. Schutz and A. Warshel, Proteins: Struct., Funct., Genet. 44, 400 (2001).
139. K. Sharp, Delphi, Version 3.0, Columbia University, 1988
140. K. A. Sharp and B. Honig, Annu. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 19, 301 (1990)
141. K. A. Sharp, Biophys. J. 73, 1241 (1998).
142. E. Alexov and M. Gunner, Biophys. J. 72, 2075 (1997).
143. T. Simonson, G. Archontis, and M. Karplus, J. Phys. Chem. B 103, 6142 (1999).
144. A. Warshel and S. T. Russell, Q. Rev. Biophys. 17, 283 (1984).
145. G. Archontis and T. Simonson, J. Am. Chem. Soc. 123, 11047 (2001).
146. E. L. Mehler and G. Eichele, Biochemistry 23, 3887 (1984).
147. J. Antosiewicz, J. A. McCammon, and M. K. Gilson, J. Mol. Biol. 238, 415 (1994).
148. Y. Y. Sham, I. Meugge, and A. Warshel, Biophys. J. 74, 1744 (1998).
149. T. Simonson and D. Perahia, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 92, 1082 (1995).
150. R. Penfold, J. Warwicker, and B. Jönsson, J. Phys. Chem. B 108, 8599 (1998).
151. B. Brooks, R. Bruccoleri, B. Olafson, D. States, S. Swaminathan, and M. Karplus, J. Comput. Chem. 4, 187 (1983).
152. B. Garcia-Moreno, J. J. Dwyer, A. G. Gittis, E. E. Lattman, D. S. Spencer, and W. E. Stites, Biophys. Chem. 64, 211 (1997)
153. J. J. Dwyer, A. G. Gittis, A. D. Karp, E. E. Lattman, D. S. Spencer, W. E. Stites and B. E. Garcia-Moreno, Biophys. J. 79, 1610 (2000).
154. D. W. Pierce and S. G. Boxer, J. Phys. Chem. 96, 5560 (1992).
155. M. A. Steffen, K. Lao, and S. G. Boxer, Science 264, 810 (1994).
156. P. D. Schnier, D. S. Gross, and E. R. Williams, J. Am. Chem. Soc. 117, 6747 (1995).
157. S. Harvey and P. Hoekstra, J. Phys. Chem. 76, 2987 (1972).
158. M. Gilson and B. Honig, Biopolymers 25, 2097 (1986).
159. R. A. Marcus and N. Sutin, Biochim. Biophys. Acta 811, 265 (1985).
160. T. Head-Gordon and C. L. Brooks, J. Phys. Chem. 91, 3342 (1987).
161. T. Simonson, G. Archontis, and M. Karplus, Acc. Chem. Res. 35, 430 (2002).
162. M. G. Kurnikova, R. D. Coalson, P. Graf, and A. Nitzan, Biophys. J. 76, 642 (1999)
163. A. E. Cardenas, R. D. Coalson, and M. G. Kurnikova, ibid. 79, 80 (2002)
164. P. Graf, A. Nitzan, M. G. Kurnikova, and R. D. Coalson, J. Phys. Chem. B 104, 12324 (2000)
165. M. G. Kurnikova, A. Mamontov, R. Coalson, and A. Nitzan, Biophys. J. 80, 510 (2001)
166. A. Mamonov, R. D. Coalson, P. Graf, A. Nitzan, and M. G. Kurnikova, ibid. 82, 1019 (2002).
167. E. Demchuk and R. C. Wade, J. Phys. Chem. 100, 17373 (1996).
168. D. Voges and A. Karshikoff, J. Chem. Phys. 108, 2219 (1998).
169. S. Höfinger and T. Simonson, J. Comput. Chem. 22, 290 (2001).
170. X. Song, J. Chem. Phys. 116, 9359 (2002).
171. H. Frohlich, Theory of Dielectrics: Dielectric Constant and Dielectric Loss (Oxford University Press, New York, 1958).
172. T. Simonson and D. Perahia, J. Am. Chem. Soc. 117, 7987 (1995)
173. T. Simonson, and D. Perahia, and G. Bricogne, J. Mol. Biol. 218, 859 (1991).
174. L. Q. Yang, S. Weerasinghe, P. E. Smith, and B. M. Pettitt, Biophys. J. 69, 1519 (1995).
175. L. C. Andreani, in Confined Excitons and Photons: New Physics and Devices, edited by E. Burstein and C. Weisbuch (Plenum, New York, 1995), p. 57.
176. O. S. Jenkins and K. L. C. Hunt, J. Mol. Struct.: Theochem 633, 145 (2003).
177. K. L. C. Hunt, J. Chem. Phys. 90, 4909 (1989).
178. J. K. Jenkins and S. Mukamel, J. Chem. Phys. 98, 7046 (1993)
179. V. Chernyak and S. Mukamel, Phys. Rev. B 48, 2470 (1993)
180. M. Hartmann, V. Chernyak and S. Mukamel, ibid. 52, 2528 (1995).
181. D. M. York, T.-S. Lee, and W. Yang, J. Am. Chem. Soc. 118, 109400 (1996)
182. D. York, in Methods and Applications of Hybrid Quantum and Molecular Mechanical Potentials, edited by Jiali Gao and Mark Thompson (Wiley, New York, 1998).
183. P. L. de Boeij and C. M. J. Wijers, Phys. Lett. A 272, 264 (2000)
184. C. M. J. Wijers and P. L. de Boeij, J. Chem. Phys. 116, 328 (2002).
185. K. L. C. Hunt, J. Chem. Phys. 103, 3552 (1995).
186. M. Berkowitz and R. G. Parr, J. Chem. Phys. 88, 2554 (1988).
187. P.-H. Liu and K. L. C. Hunt, J. Chem. Phys. 103, 10597 (1995).
188. K. L. C. Hunt, J. Chem. Phys. 116, 5440 (2002).
189. H. B. Callen and T. A. Welton, Phys. Rev. 83, 34 (1951).