Local hydrogen bonding dynamics and collective reorganization in water: Ultrafast infrared spectroscopy of HOD/D 2O

Journal of Chemical Physics

Volumn 122, Issue 5, 2005, Pages

  Fecko, Christopher J ^a   Loparo, Joseph J ^a   Roberts, Sean T ^a   Tokmakoff, Andrei ^a  

^a MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DIPOLE REORIENTATION; EXPONENTIAL RELAXATION; HYDROGEN BONDING DYNAMICS; STRETCHING VIBRATION;

CORRELATION METHODS; DAMPING; FREQUENCIES; HYDROGEN BONDS; INFRARED SPECTROSCOPY; MOLECULAR VIBRATIONS; SPECTRUM ANALYSIS;

WATER;

EID: 22944443261     PISSN: 00219606     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.1839179     Document Type: Article

References (105)

1. A. Rahman and F. H. Stillinger, J. Chem. Phys. 55, 3336 (1971).
2. I. Ohmine and H. Tanaka, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 93, 2545 (1993).
3. I. Ohmine and S. Saito, Acc. Chem. Res. 32, 741 (1999).
4. G. E. Walrafen, J. Chem. Phys. 40, 3249 (1964).
5. W. Jarzeba, G. C. Walker, A. E. Johnson, M. A. Kahlow, and P. F. Barbara, J. Phys. Chem. 92, 7039 (1988).
6. R. Jimenez, G. R. Fleming, P. V. Kumar, and M. Maroncelli, Nature (London) 369, 471 (1994).
7. P. Bosi, F. Dupre, F. Menzinger, F. Sacchetti, and M. C. Spinelli, Lett. Nuovo Cimento Soc. Ital. Fis. 21, 436 (1978);
8. J. Teixeira, M.-C. Bellissent-Funel, and S. H. Chen, J. Phys.: Condens. Matter 2, 105 (1990).
9. D. W. G. Smith and J. G. Powles, Mol. Phys. 10, 451 (1966).
10. E. W. Castner, Jr., Y. J. Chang, Y. C. Chu, and G. E. Walrafen, J. Chem. Phys. 102, 653 (1995);
11. S. Palese, L. Schilling, R. J. D. Miller, P. R. Staver, and W. T. Lotshaw, J. Phys. Chem. 98, 6308 (1994).
12. C. J. Fecko, J. D. Eaves, and A. Tokmakoff, J. Chem. Phys. 117, 1139 (2002).
13. K. Winkler, J. Lindner, H. Bürsing, and P. Vühringer, J. Chem. Phys. 113, 4674 (2000).
14. M. J. Lang, X. J. Jordanides, X. Song, and G. R. Fleming, J. Chem. Phys. 110, 5884 (1999).
15. E. T. J. Nibbering and T. Elsaesser, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 104, 1887 (2004).
16. A. Novak, in Structure and Bonding, edited by J. D. Dunitz, P. Hemmerich, R. H. Holm, J. A. Ibers, C. K. Jorgenson, J. B. Neilands, D. Reinen, and R. J. P. Williams (Springer, New York, 1974), Vol. 18, p. 177;
17. W. Mikenda, J. Mol. Struct. 147, 1 (1986).
18. R. Laenen, C. Rauscher, and A. Laubereau, J. Phys. Chem. B 102, 9304 (1998).
19. R. Laenen, K. Simeonidis, and A. Laubereau, J. Phys. Chem. B 106, 408 (2002).
20. R. Laenen, K. Simeonidis, and A. Laubereau, Bull. Chem. Soc. Jpn. 75, 925 (2002).
21. S. Woutersen, U. Emmerichs, H.-K. Nienhuys, and H. J. Bakker, Phys. Rev. Lett. 81, 1106 (1998).
22. S. Woutersen and H. J. Bakker, Phys. Rev. Lett. 83, 2077 (1999).
23. H. K. Nienhuys, S. Woutersen, R. A. v. Santen, and H. J. Bakker, J. Chem. Phys. 111, 1494 (1999).
24. H.-K. Nienhuys, R. A. van Santen, and H. J. Bakker, J. Chem. Phys. 112, 8487 (2000);
25. G. Gallot, S. Bratos, S. Pommeret, N. Lascoux, J.-C. Leicknam, M. Kozinski, W. Amir, and G. M. Gale, 117, 11301 (2002).
26. H. J. Bakker, H.-K. Nienhuys, G. Gallot, N. Lascoux, G. M. Gale, J.-C. Leicknam, and S. Bratos, J. Chem. Phys. 116, 2592 (2002).
27. G. M. Gale, G. Gallot, F. Hache, N. Lascoux, S. Bratos, and J.-C. Leicknam, Phys. Rev. Lett. 82, 1068 (1999).
28. G. M. Gale, G. Gallot, and N. Lascoux, Chem. Phys. Lett. 311, 123 (1999).
29. S. Bratos, G. M. Gale, G. Gallot, F. Hache, N. Lascoux, and J.-C. Leicknam, Phys. Rev. E 61, 5211 (2000).
30. G. Gallot, N. Lascoux, G. M. Gale, J.-C. Leicknam, S. Bratos, and S. Pommeret, Chem. Phys. Lett. 341, 535 (2001).
31. J. C. Deak, S. T. Rhea, L. K. Iwaki, and D. D. Dlott, J. Phys. Chem. A 104, 4866 (2000).
32. J. Stenger, D. Madsen, P. Hamm, E. T. J. Nibbering, and T. Elsaesser, Phys. Rev. Lett. 87, 027401 (2001);
33. S. Yeremenko, M. S. Pshenichnikov, and D. A. Wiersma, Chem. Phys. Lett. 369, 107 (2003).
34. J. Stenger, D. Madsen, P. Hamm, E. T. J. Nibbering, and T. Elsaesser, J. Phys. Chem. A 106, 2341 (2002).
35. M. S. Pshenichnikov, S. Yeremenko, and D. A. Wiersma, in Femtochemistry and Femtobiology: Ultrafast Events in Molecular Science, edited by M. M. Martin and J. T. Hynes (Elsevier, Amsterdam, 2004).
36. C. J. Fecko, J. D. Eaves, J. J. Loparo, A. Tokmakoff, and P. L. Geissler, Science 301, 1698 (2003).
37. J. J. Loparo, C. J. Fecko, J. D. Eaves, S. T. Roberts, and A. Tokmakoff, Phys. Rev. B 70, 180201.
38. J. B. Asbury, T. Steinel, C. Stromberg, S. A. Corcelli, C. P. Lawrence, J. L. Skinner, and M. D. Fayer, J. Phys. Chem. A 108, 1107 (2004).
39. C. P. Lawrence and J. L. Skinner, Chem. Phys. Lett. 369, 472 (2003).
40. C. P. Lawrence and J. L. Skinner, J. Chem. Phys. 118, 264 (2003).
41. R. Rey, K. B. Moller, and J. T. Hynes, J. Phys. Chem. A 106, 11993 (2002).
42. K. B. Moller, R. Rey, and J. T. Hynes, J. Phys. Chem. A 108, 1275 (2004).
43. J. D. Eaves, A. Tokmakoff, and P. Geissler, J. Phys. Chem. B (unpublished).
44. A. J. Lock, S. Woutersen, and H. J. Bakker, J. Phys. Chem. A 105, 1238 (2001).
45. T. Joo, Y. Jia, J.-Y. Yu, M. J. Lang, and G. R. Fleming, J. Chem. Phys. 104, 6089 (1996).
46. W. P. de Boeij, M. S. Pshenichnikov, and D. A. Wiersma, Annu. Rev. Phys. Chem. 49, 99 (1998).
47. P. Hamm, M. Lim, and R. M. Hochstrasser, Phys. Rev. Lett. 81, 5326 (1998).
48. K. Ohta, H. Maekawa, and K. Tominaga, J. Phys. Chem. A 108, 1333 (2004).
49. C. J. Fecko, J. J. Loparo, and A. Tokmakoff, Opt. Commun. 241, 521 (2004).
50. R. Trebino, K. W. DeLong, D. N. Fittinghoff, J. N. Sweetser, M. A. Krumbugel, B. A. Richman, and D. J. Kane, Rev. Sci. Instrum. 68, 3277 (1997).
51. N. Demirdöven, M. Khalil, O. Golonzka, and A. Tokmakoff, Opt. Lett. 27, 433 (2002).
52. M. Khalil, N. Demirdüven, and A. Tokmakoff, J. Phys. Chem. A 107, 5258 (2003).
53. D. S. Larsen, K. Ohta, Q.-H. Xu, M. Cyrier, and G. R. Fleming, J. Chem. Phys. 114, 8008 (2001).
54. A. Tokmakoff, J. Chem. Phys. 105, 1 (1996).
55. J. Sung and R. J. Silbey, J. Chem. Phys. 115, 9266 (2001).
56. J. Sung and R. J. Silbey, J. Chem. Phys. 118, 2443 (2003).
57. S. Mukamel and R. F. Loring, J. Opt. Soc. Am. B 3, 595 (1986).
58. S. Mukamel, Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy (Oxford University Press, New York, 1995).
59. A. W. Albrecht, J. D. Hybl, S. M. Gallagher Faeder, and D. M. Jonas, J. Chem. Phys. 111, 10934 (1999).
60. D. W. Oxtoby and S. A. Rice, Chem. Phys. Lett. 42, 1 (1976);
61. D. J. Diestler, 39, 39 (1976).
62. J. T. Fourkas, H. Kawashima, and K. A. Nelson, J. Chem. Phys. 103, 4393 (1995);
63. M. Khalil and A. Tokmakoff, Chem. Phys. 266, 213 (2001).
64. K. Ohta, D. S. Larsen, M. Yang, and G. R. Fleming, J. Chem. Phys. 114, 8020 (2001).
65. D. A. Farrow, A. Yu, and D. M. Jonas, J. Chem. Phys. 118, 9348 (2003).
66. G. R. Fleming and M. Cho, Annu. Rev. Phys. Chem. 47, 109 (1996).
67. M. Yang, K. Ohta, and G. R. Fleming, J. Chem. Phys. 110, 10243 (1999).
68. G. E. Walrafen, in Water: A Comprehensive Treastise, edited by F. Franks (Plenum, New York, 1972), Vol. 1, p. 151.
69. J. B. Hasted, S. K. Husain, F. A. M. Frescura, and J. R. Birch, Chem. Phys. Lett. 118, 622 (1985).
70. G. E. Walrafen, M. R. Fischer, M. S. Hokmabadi, and W.-H. Yang, J. Chem. Phys. 85, 6970 (1986);
71. P. L. Silvestrelli, M. Bernasconi, and M. Parrinello, Chem. Phys. Lett. 277, 478 (1997).
72. M. Cho, G. R. Fleming, S. Saito, I. Ohmine, and R. M. Stratt, J. Chem. Phys. 100, 6672 (1994).
73. G. C. Pimentel and A. L. McClellan, The Hydrogen Bond (Freeman, San Francisco, 1960).
74. G. L. Hofacker, Y. Marechal, and M. A. Ratner, in The Hydrogen Bond. I. Theory, edited by P. Schuster, G. Zundel, and C. Sandorfy (North-Holland, New York, 1976), Vol. 1, p. 296.
75. N. Nandi, S. Roy, and B. Bagchi, J. Chem. Phys. 102, 1390 (1995).
76. A. Piryatinski, C. P. Lawrence, and J. L. Skinner, J. Chem. Phys. 118, 9664 (2003).
77. M. G. Sceats and K. Belsley, Mol. Phys. 40, 1389 (1980).
78. M. Diraison, Y. Guissani, J.-C. Leicknam, and S. Bratos, Chem. Phys. Lett. 258, 348 (1996).
79. C. P. Lawrence and J. L. Skinner, J. Chem. Phys. 117, 5827 (2002).
80. S. A. Corcelli, C. P. Lawrence, and J. L. Skinner, J. Chem. Phys. 120, 8107 (2004).
81. Y. Georgievskii and R. A. Marcus, J. Phys. Chem. A 105, 2281 (2001).
82. S. Woutersen, U. Emmerichs, and H. J. Bakker, Science 278, 658 (1997).
83. H. J. Bakker, S. Woutersen, and H.-K. Nienhuys, Chem. Phys. 258, 233 (2000).
84. J. D. Eaves, Ph.D thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2004.
85. R. W. Impey, P. A. Madden, and I. R. McDonald, Mol. Phys. 46, 513 (1982).
86. B. M. Fung and T. W. McGaughy, J. Chem. Phys. 65, 2970 (1976);
87. J. Ropp, C. P. Lawrence, T. C. Farrar, and J. Skinner, J. Am. Chem. Soc. 123, 8047 (2001).
88. J. Barthel, K. Bachhuber, R. Buchner, and H. Hetzenauer, Chem. Phys. Lett. 165, 369 (1990);
89. R. Buchner, J. Barthel, and J. Stauber, 306, 57 (1999).
90. C. Rønne, P.-O. Åstrand, and S. R. Keiding, Phys. Rev. Lett. 82, 2888 (1999).
91. M. S. Pshenichnikov, S. Yeremenko, and D. A. Wiersma, in Ultrafast Phenomena XIV, edited by T. Kobayashi, T. Okada, T. Kobayashi, K. A. Nelson, and S. DeSilvestri (Springer, Berlin, 2005).
92. R. Rey, K. B. Moller, and J. T. Hynes, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 104, 1915 (2004).
93. R. Rey and J. T. Hynes, J. Chem. Phys. 104, 2356 (1996);
94. C. P. Lawrence and J. L. Skinner, 119, 1623 (2003).
95. J. T. Hynes and R. Rey, in Ultrafast Infrared and Raman Spectroscopy, edited by M. D. Fayer (Marcel Dekker, New York, 2001).
96. R. M. Whitnell, K. R. Wilson, and J. T. Hynes, J. Chem. Phys. 96, 5354 (1992);
97. R. Rey and J. T. Hynes, 108, 142 (1998).
98. S. Yang, J. Shao, and J. Cao, J. Chem. Phys. 121, 11250 (2004).
99. J. B. Asbury, T. Steinel, C. Stromberg, K. J. Gaffney, I. R. Piletic, A. Goun, and M. D. Fayer, Chem. Phys. Lett. 374, 362 (2003).
100. T. Steinel, J. B. Asbury, J. Zheng, and M. D. Fayer, J. Phys. Chem. A 108, 10957 (2004).
101. D. Aherne, V. Tran, and B. J. Schwartz, J. Phys. Chem. B 104, 5382 (2000).
102. M. S. Pshenichnikov (private communication).
103. F. H. Stillinger, Science 267, 1935 (1995).
104. T. Steinel, J. B. Asbury, S. A. Corcelli, C. P. Lawrence, J. L. Skinner, and M. D. Fayer, Chem. Phys. Lett. 386, 295 (2004);
105. J. D. Eaves, J. J. Loparo, C. J. Fecko, S. T. Roberts, A. Tokmakoff, and P. Geissler, Science (to be published).