Computational study of the one and two dimensional infrared spectra of a vibrational mode strongly coupled to its environment: Beyond the cumulant and condon approximations

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 112, Issue 41, 2008, Pages 12991-13004

  Hanna, Gabriel ^a   Geva, Eitan ^a  

^a UNIVERSITY OF MICHIGAN   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DISSOLUTION; ELECTRIC DIPOLE MOMENTS; HYDROGEN; HYDROGEN BONDS; MOLECULAR VIBRATIONS; SPECTRUM ANALYSIS; TWO DIMENSIONAL;

CLASSICAL APPROACHES; COMPUTATIONAL STUDIES; CONDON APPROXIMATIONS; CUMULANT; DECONGESTING; DEGREES OF FREEDOMS; HYDROGEN-BONDED COMPLEXES; INFRARED SPECTRUMS; IR SPECTRUM; NARROW BANDS; PEAK SHIFTS; TRANSITION DIPOLES; VIBRATIONAL MODES;

INFRARED SPECTROSCOPY;

EID: 55149108581     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp804120v     Document Type: Article

References (150)

1. Mukamel, S. Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy; Oxford: New York, 1995.
2. Azzouz, H.; Borgis, D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 7361.
3. Schuster, P.; Zundel, G.; Sandorfy, C. The hydrogen bond: Recent development in theory and experiment (Vols, I-III); North Holland: Amsterdam, 1976.
4. Nibbering, E. T. J.; Elsasser, T. Chem. Rev. 2004, 104, 1887.
5. Giese, K.; Petkovic, M.; Naundorf, H.; Kühn, O. Phys. Rep. 2006, 430, 211.
6. Pimentel, G. C.; McClellan, A. L. The Hydrogen bond; Freeman and Co.: San Francisco, CA, 1960.
7. Jonas, D. M. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 425.
8. Hamm, P.; Lim, M.; DeGrado, W. F.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1999, 96, 2036.
9. Hamm, P.; Lim, M.; DeGrado, W. F.; Hochstrasser, R. M. J. Chem. Phys. 2000, 112, 1907.
10. Asplund, M. C.; Zanni, M. T.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2000, 97, 8219.
11. Zanni, M. T.; Hochstrasser, R. M. Curr. Opin. Struct. Biol. 2001, 11, 516.
12. Zanni, M. T.; Ge, N.-H.; Kim, Y. S.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2001, 98, 11265.
13. Zanni, M. T.; Asplund, M. C.; Hochstrasser, R. M. J. Chem. Phys. 2001, 114, 4579.
14. Gnanakaran, S.; Hochstrasser, R. M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12886.
15. Ge, N.-H.; Zanni, M. T.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B 2001, 11, 516.
16. Rubtsov, I. V.; Hochstrasser, R. M. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 9165.
17. Rubtsov, I. V.; Wang, J.; Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2003, 100, 5601.
18. Khalil, M.; Demirodoven, N.; Tokmakoff, A. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 5258.
19. Khalil, M.; Demirodoven, N.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2004, 121, 362.
20. Krummel, A. T.; Mukherjee, P.; Zanni, M. T. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9165.
21. Mukherjee, P.; Krummel, A. T.; Fulmer, E. C.; Kass, I.; Arkin, I. T.; Zanni, M. T. J. Chem. Phys. 2004, 120, 10215.
22. Fulmer, E. C.; Ding, F.; Zanni, M. T. J. Chem. Phys. 2005, 122, 034302.
23. Krummel, A. T.; Zanni, M. T. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 913991.
24. Mukherjee, P.; Kass, I.; Arkin, I. T.; Zanni, M. T. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 24740.
25. Bredenbeck, J.; Helbing, J.; Behrendt, R.; Renner, C.; Moroder, L.; Wachtveitl, J.; Hamm, P. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 8654.
26. Bredenbeck, J.; Hamm, P. J. Chem. Phys. 2003, 119, 1578.
27. Bredenbeck, J.; J, H.; Hamm, P. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 990.
28. Woutersen, S.; Hamm, P. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 11316.
29. Woutersendagger, S.; Mu, Y.; Stock, G.; Hamm, P. Proc. Natl, Acad. Sci. USA 2001, 98, 11254.
30. Woutersen, S.; Hamm, P. J. Chem. Phys. 2001, 115, 7737.
31. Woutersen, S.; Hamm, P. J. Chem. Phys. 2001, 114, 2727.
32. Merchant, K. A.; Thompson, D. E.; Payer, M. D. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 3899.
33. Thompson, D. E.; Merchant, K. A.; Payer, M. D. Chem. Phys. Lett. 2001, 340, 267.
34. Thompson, D. E.; Merchant, K. A.; Payer, M. D. J. Chem. Phys. 2001, 115, 317.
35. Hochstrasser, R. M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 14189.
36. Shim, S.-H.; Strasfeld, D. B.; Ling, Y. L.; Zanni, M. T. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 14197.
37. Kwak, K.; Park, S.; Fayer, M. D. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 14221.
38. Kurochkin, D. V.; Naraharisetty, S. R. G.; Rubtsov, I. V. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 14209.
39. Roberts, S. T.; Loparo, J. J.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 084502.
40. Smith, A. W.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2007, 126, 045109.
41. Nee, M. J.; McCanne, R.; Kubarych, K. J.; Joffre, M. Opt. Lett. 2007, 127, 054504.
42. Auer, B.; Kumar, R.; Schmidt, J. R.; Skinner, J. L. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 14215.
43. Zheng, J.; Kwak, K.; Asbury, J.; Chen, X.; Piletic, I. R.; Fayer, M. D. Science 2005, 309, 1338.
44. Chung, H. S.; Ganim, Z.; Jones, K. C.; Tokmakoff, A. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 14237.
45. Bredenbeck, J.; Helbing, J.; Nienhaus, K.; Ulrich Nienhaus, G.; Hamm, P. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 14243.
46. Loparo, J. J.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194521.
47. Loparo, J. J.; Roberts, S. T.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194522.
48. Gundogdu, K.; Bandaria, J.; Nydegger, M.; Rock, W.; Cheatum, C. M. J. Chem. Phys. 2007, 127, 044501.
49. Fecko, C. J.; Eaves, J. D.; Loparo, J. J.; Tokmakoff, A.; Geissler, P. L. Science 2003, 301, 1698.
50. Heyne, K.; Huse, N.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. Chem. Phys. Lett. 2003, 382, 19.
51. Heyne, K.; Huse, N.; Dreyer, J.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 2004, 121, 902.
52. Cowan, M. L.; Bruner, B. D.; Huse, N.; Dwyer, J. R.; Chugh, B.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T.; Miller, R. J. D. Nature 2005, 434, 199.
53. Asbury, J. B.; Steinel, T.; Stromberg, C.; Gaffney, K. J.; Piletic, I. R.; Goun, A.; Payer, M. D. Phys. Rev. Lett. 2003, 91, 23742.
54. Asbury, J. B.; Steinel, T.; Fayer, M. D. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6544.
55. Steinel, T.; Asbury, J. B.; Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L.; Payer, M. D. Chem. Phys. Lett. 2004, 386, 295.
56. Kolano, C.; Helbing, J.; Kozinski, M.; Sander, W.; Hamm, P. Nature 2006, 444, 469.
57. Woutersen, S.; Mu, Y.; Stock, G.; Hamm, P. Chem. Phys. 2004, 266, 137.
58. Huse, N.; Bruner, B. D.; Cowan, M. L.; Dreyer, J.; Nibbering, E. T. J.; Miller, R. J. D.; Elsaesser, T. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 147402.
59. Park, S.; Fayer, M. D. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 16731.
60. Cho, M. Chem. Rev. 2008, 108, 1331.
61. Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2002, 117, 5827.
62. Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 118, 264.
63. Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 119, 3840.
64. Schmidt, J. R.; Corcelli, S. A.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2005, 123, 044513.
65. Diraison, M.; Guissani, Y.; Licknam, J. C.; Bratos, S. Chem. Phys. Lett. 1996, 258, 348.
66. Rey, R.; Moller, K. B.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 11993.
67. Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2002, 117, 8847.
68. Piryatinski, A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9664.
69. Piryatinski, A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9672.
70. Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2003, 119, 1623.
71. Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2004, 120, 8107.
72. Schmidt, J. R.; Corcelli, S. A.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2004, 121, 887.
73. Li, S.; Schmidt, J. R.; Corcelli, S. A.; Lawrence, C. P.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2006, 124, 204110.
74. Scheurer, C.; Piryatinski, A.; Mukamel, S. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 3114.
75. Scheurer, C.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 2002, 116, 6803.
76. Venkatramani, R.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 2002, 117, 11089.
77. Moran, A. M.; Park, S.-M.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9971.
78. Hayashi, T.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 9113.
79. Zhuang, W.; Abramavicius, D.; Hayashi, T.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3362.
80. Zhuang, W.; Abramavicius, D.; Voronine, D. V.; Mukamel, S. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 14233.
81. anda, F.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 2006, 124, 124103.
82. Hayashi, T.; Zhuang, W.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 9747.
83. Hayashi, T.; la Cour Jansen, T.; Zhuang, W.; Mukamel, S. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 64.
84. la Cour Jansen, T.; Hayashi, T.; Zhuang, W.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 2005, 123, 114504.
85. Hayashi, T.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 2006, 125, 194510.
86. Williams, R. B.; Loring, R. F. J. Chem. Phys. 2000, 113, 10651.
87. Williams, R. B.; Loring, R. F. J. Chem. Phys. 2000, 113, 1932.
88. Williams, R. B.; Loring, R. F. Chem. Phys. 2001, 266, 167.
89. Akiyama, R.; Loring, R. F. J. Chem. Phys. 2002, 116, 4655.
90. Akiyama, R.; Loring, R. F. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 8024.
91. Noid, W. G.; Loring, R. F. J. Chem. Phys. 2004, 121, 7057.
92. Noid, W. G.; Ezra, G. S.; Loring, R. F. J. Chem. Phys. 2004, 120, 1491.
93. Noid, W. G.; Loring, R. F. J. Chem. Phys. 2005, 122, 174507.
94. Cho, M. J. Chem. Phys. 2001, 115, 4424.
95. Kwac, K.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2003, 119, 2256.
96. Kwac, K.; Lee, H.; Cho, M. J. Chem. Phys. 2004, 120, 1477.
97. Sung, J.; Silbey, R. J. J. Chem. Phys. 2001, 115, 9266.
98. Sung, J.; Silbey, R. J. J. Chem. Phys. 2003, 118, 2443.
99. Kryvohuz, M.; Cao, J. Phys. Rev. Lett. 2005, 95, 180405.
100. Kryvohuz, M.; Cao, J. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 030403.
101. Egorova, D.; Gelin, M. F.; Domcke, W. J. Chem. Phys. 2007, 126, 074314.
102. Steffen, T.; Fourkas, J. T.; Duppen, K. J. Chem. Phys. 1996, 105, 7364.
103. Piryatinski, A.; Tretiak, S.; Chernyak, V.; Mukamel, S. J. Roman Spectrosc. 2000, 31, 125.
104. Mukamel, S.; Abramavicius, D. Chem. Rev. 2004, 104, 2073.
105. Zhang, W. M.; Chernyak, V.; Mukamel, S. J. Chem. Phys. 1999, 110, 5011.
106. Dreyer, J. J. Quantum Chem. 2005, 104, 782.
107. DeVane, R.; Space, B.; Perry, A.; Neipert, C.; Ridley, C.; Keyes, T. J. Chem. Phys. 2004, 121, 3688.
108. Lazonder, K.; Pshenichnikov, M. S.; Wiersma, D. A. Opt. Lett. 2006, 31, 3354.
109. Hamm, P. J. Chem. Phys. 2006, 124, 124506.
110. Ishizaki, A.; Tanimura, Y. J. Chem. Phys. 2006, 125, 084501.
111. Kato, T.; Tanimura, Y. J. Chem. Phys. 2004, 120, 260.
112. Hanna, G.; Kapral, R. J. Chem. Phys. 2005, 122, 244505.
113. Hanna, G.; Geva, E. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 4048.
114. Hanna, G.; Kapral, R. J. Chem. Phys. 2008, 128, 164520.
115. Lippincott, E. R.; Schroeder, R. J. Chem. Phys. 1955, 23, 1099.
116. Hammes-Schiffer, S.; Tully, J. C. J. Chem. Phys. 1994, 101, 4657.
117. Staib, A.; Borgis, D.; Hynes, J. T. J. Chem. Phys. 1995, 102, 2487.
118. Antoniou, D.; Schwartz, S. D. J. Chem. Phys. 1999, 110, 7359.
119. Antoniou, D.; Schwartz, S. D. J. Chem. Phys. 1999, 110, 465.
120. McRae, R. P.; Schenter, G. K.; Garrett, B. C.; Svetlicic, Z.; Truhlar, D. G. J. Chem. Phys. 2001, 115, 8460.
121. Kim, S. Y.; Hammes-Schiffer, S. J. Chem. Phys. 2003, 119 (8), 4389.
122. Yamamoto, T.; Miller, W. H. J. Chem. Phys. 2005, 122, 044106.
123. Hanna, G.; Kapral, R. Acc. Chem. Res. 2006, 39, 21.
124. Bruehl, M.; Hynes, J. T. Chem. Phys. 1993, 175, 205.
125. Kim, H. J.; Staib, A.; Hynes, J. T. In Femtochemistry and femtobiology: Ultrafast reaction dynamics at atomic scale resolution; Sundstörm, V., Ed.; Imperial College Press: United Kingdom, 1997; p 510.
126. Hammes-Schiffer, S.; Tully, J. C. J. Phys. Chem. 1995, 99, 5793.
127. Borgis, D.; Tarjus, G.; Azzouz, H. J. Chem. Phys. 1992, 97, 1390.
128. Staib, A.; Borgis, D. Chem. Phys. Lett. 1997, 271, 232.
129. Saven, J. G.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 1993, 99 (6), 4391.
130. Ka, B. J.; Geva, E. J. Chem. Phys. 2006, 125, 214501.
131. Stephens, M. D.; Saven, J. G.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 1997, 106, 2129.
132. Golonzka, O.; Tokmakoff, A. J. Chem. Phys. 2001, 115, 297.
133. Khalil, M.; Demirodoven, N.; Tokmakoff, A. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 47401.
134. Everitt, K. F.; Geva, E.; Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 2001, 114, 1326.
135. Ryckaert, J. P.; Ciccotti, G.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Phys. 1977, 23, 327.
136. Andersen, H. C. J. Comp. Phys. 1983, 52, 24.
137. Staib, A.; Borgis, D. J. Chem. Phys. 1995, 103, 2642.
138. Yang, C.-Y.; Wong, K. F.; Skaf, M.; Rossky, P. J. J. Chem. Phys. 2001, 114, 3598.
139. Turi, L.; Borgis, D. J. Chem. Phys. 2002, 117, 6186.
140. Nicolas, C.; Boutin, A.; Lévy, B.; Borgis, D. J. Chem. Phys. 2003, 118, 9689.
141. Borgis, D.; Rossky, P. J.; Turi, L. J. Chem. Phys. 2006, 125, 064501.
142. Evans, D. J.; Holian, B. L. J. Chem. Phys. 1985, 83, 4069.
143. Marcus, R. A.; Sutin, N. Biochim. Biophys. Acta 1985, 811, 265-322.
144. Warshel, A. J. Phys. Chem. 1982, 86, 2218-2224.
145. Kiefer, P. M.; Hynes, J. T. Solid State Ionics 2004, 168, 219-224.
146. Mukamel, S. J. Chem. Phys. 1982, 77, 173.
147. Shemetulskis, N. E.; Loring, R. F. J. Chem. Phys. 1992, 97, 1217.
148. Bursulaya, B. D.; Kim, H. J. J. Phys. Chem. 1996, 100, 16451.
149. Fried, L. E.; Bernstein, N. B.; Mukamel, S. Phys. Rev. Lett. 1992, 68, 1842.
150. Egorov, S. A.; Rabani, E.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 1998, 108, 1407.