Computing vibrational properties in hydrogen-bonded systems using quantum wavepacket ab initio molecular dynamics

International Journal of Quantum Chemistry

Volumn 109, Issue 15, 2009, Pages 3798-3810

  Iyengar, Srinivasan S ^a  

^a INDIANA UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

Ab initio molecular dynamics; Hydrogen bonded systems; Quantum dynamics; Vibrational spectroscopy

Indexed keywords

COMPUTATION THEORY; HYDROGEN; HYDROGEN BONDS; QUANTUM ELECTRONICS; VIBRATIONAL SPECTROSCOPY; WAVE PACKETS;

AB INITIO MOLECULAR DYNAMICS; AB INITIO MOLECULAR DYNAMICS METHODS; COMPUTATIONAL BOTTLENECKS; HYDROGEN BONDED CLUSTERS; HYDROGEN BONDED SYSTEMS; NUCLEAR QUANTUM EFFECTS; QUANTUM DYNAMICS; VIBRATIONAL PROPERTIES;

MOLECULAR DYNAMICS;

EID: 73049108101     PISSN: 00207608     EISSN: 1097461X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/qua.22417     Document Type: Conference Paper

References (124)

1. Wyatt, R. E.; Zhang, J. Z. H., Eds; Dynamics of Molecules and Chemical Reactions; Marcel Dekker: New York, 1996.
2. Berne, B. J.; Ciccotti, G.; Coker, D. F. Eds; Classical and Quantum Dynamics in Condensed Phase Simulations; World Scientific: Singapore, 1997.
3. Schatz, G. C.; Kupperman, A. J Chem Phys 1976, 65, 4642.
4. Delos, J. B. Rev Mod Phys 1981, 53, 287.
5. Feit, M. D.; Fleck, J. A. J Chem Phys 1982, 78, 301.
6. Kosloff, R. Annu Rev Phys Chem 1994, 45, 145.
7. Leforestier, C.; Bisseling, R. H.; Cerjan, C.; Feit, M. D.; Freisner, R.; Guldberg, A.; Hammerich, A.; Jolicard, D.; Karrlein, W.; Meyer, H. D.; Lipkin, N.; Roncero, O.; Kosloff, R. J Comput Phys 1991, 94, 59.
8. DeVries, P. In Atomic and Molecular Processes with Short Intense Laser Pulses, Vol.171: NATO ASI Series B; Physics; Bandrauk, A. D., Ed.; Plenum Press: New York, 1988; p 481.
9. Jang, H. W.; Light, J. C. J Chem Phys 1995, 102, 3262.
10. Althorpe, S. C.; Clary, D. C. Annu Rev Phys Chem 2003, 54, 493.
11. Huang, Y.; Iyengar, S. S.; Kouri, D. J.; Hoffman, D. K. J Chem Phys 1996, 105, 927.
12. Miller, W. H.; Schwartz, S. D.; Tromp, J.W. J Chem Phys 1983, 79, 4889.
13. Makri, N. Comput Phys Commun 1991, 63, 389.
14. Cao, J.; Voth, G. A. J Chem Phys 1994, 100, 5093.
15. Cao, J.; Voth, G. A. J Chem Phys 1994, 100, 5106.
16. Cao, J.; Voth, G. A. J Chem Phys 1994, 101, 6168.
17. Jang, S.; Voth, G. A. J Chem Phys 1999, 111, 2357.
18. Jang, S.; Voth, G. A. J Chem Phys 1999, 111, 2371.
19. Feit, M. D.; Fleck, J. A. J Chem Phys 1983, 79, 301.
20. Feit, M. D.; Fleck, J. A. J Chem Phys 1984, 80, 2578.
21. Kosloff, D.; Kosloff, R. J Comput Phys 1983, 52, 35.
22. Kosloff, D.; Kosloff, R. J Chem Phys 1983, 79, 1823.
23. Tal-Ezer, H.; Kosloff, R. J Chem Phys 1984, 81, 3967.
24. Hartke, B.; Kosloff, R.; Ruhman, S. Chem Phys Lett 1986, 158, 223.
25. Iyengar, S. S.; Kouri, D. J.; Hoffman, D. K. Theor Chem Acc 2000, 104, 471.
26. Lill, J. V.; Parker, G. A.; Light, J. C. Chem Phys Lett 1982, 89, 483.
27. Light, J. C.; Hamilton, I. P.; Lill, J. V. J Chem Phys 1985, 82, 1400.
28. Colbert, D. T.; Miller, W. H. J Chem Phys 1992, 96, 1982.
29. Huang, Y.; Kouri, D. J.; Arnold, M.; Marchioro, L. T. I.; Hoffman, D. K. Comput Phys Commun 1994, 80, 1.
30. Wang, I. S. Y.; Karplus, M. J Am Chem Soc 1973, 95, 8160.
31. Leforestier, C. J Chem Phys 1978, 68, 4406.
32. Car, R.; Parrinello, M. Phys Rev Lett 1985, 55, 2471.
33. Bolton, K.; Hase, W. L.; Peslherbe, G. H. Modern Methods for Multidimensional Dynamics Computation in Chemistry; Thompson, S. L., Ed.;World Scientific: Singapore, 1998;p143.
34. Schlegel, H. B.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Voth, G. A.; Daniels, A. D.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. J Chem Phys 2001, 114, 9758.
35. Deumens, E.; Diz, A.; Longo, R.; Öhrn, Y. Rev Mod Phys 1994, 66, 917.
36. Hack, M. D.; Truhlar, D. G. J Phys Chem A 2000, 104, 7917.
37. Miller, W. H. J Phys Chem A 2001, 105, 2942.
38. Heller, E. J. J Chem Phys 1975, 62, 1544.
39. Fiete, G. A.; Heller, E. J Phys Rev A 2003, 68, 022112.
40. Hammes-Schiffer, S.; Tully, J. J Chem Phys 1994, 101, 4657.
41. Martinez, T. J.; Ben-Nun, M.; Ashkenazi, G. J Chem Phys 1996, 104, 2847.
42. Micha, D. A. J Phys Chem A 1999, 103, 7562.
43. Payne, M. C.; Teter, M. P.; Allan, D. C.; Arias, T. A.; Joannopoulos, J. D. Rev Mod Phys 1992, 64, 1045.
44. Marx, D.; Hutter, J. Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry; Grotendorst, J., Ed.; John von Neumann Institute for Computing: Julich, 2000; Vol.1, p 301.
45. Schlegel, H. B. J Comput Chem 2003, 24, 1514.
46. Iyengar, S. S.; Jakowski, J. J Chem Phys 2005, 122, 114105.
47. Remler, D. K.; Madden, P. A. Mol Phys 1990, 70, 921.
48. Pavese, M.; Berard, D. R.; Voth, G. A. Chem Phys Lett 1999, 300, 93.
49. Tuckerman, M. E.; Marx, D. Phys Rev Lett 2001, 86, 4946.
50. Chen, B.; Ivanov, I.; Klein, M. L.; Parrinello, M. Phys Rev Lett 2003, 91, 215503.
51. Iyengar, S. S. Theo Chem Acc 2006, 116, 326.
52. Jakowski, J.; Sumner, I.; Iyengar, S. S. J Chem Theory Comput 2006, 2, 1203.
53. Sumner, I.; Iyengar, S. S. J Phys Chem A 2007, 111, 10313.
54. Sumner, I.; Iyengar, S. S. J Chem Phys 2008, 129, 054109.
55. Iyengar, S. S.; Sumner, I.; Jakowski, J. J Phys Chem B 2008, 112, 7601.
56. Tully, J. C. Faraday Discuss 1998, 110, 407.
57. Kapral, R.; Ciccotti, G. J Chem Phys 1999, 110, 8919.
58. Horenko, I.; Salzmann, C.; Schmidt, B.; Schutte, C. J Chem Phys 2002, 117, 11075.
59. Donoso, A.; Zheng, Y. J.; Martens, C. C. J Chem Phys 2003, 119, 5010.
60. Brooksby, C.; Prezhdo, O. V. Chem Phys Lett 2001, 346, 463.
61. Prezhdo, O. V.; Brooksby, C. Phys Rev Lett 2000, 86, 3215.
62. Gindensperger, E.; Meier, C.; Beswick, J.A. J Chem Phys 2000, 113, 9369.
63. Pacheco, A.; Iyengar, S. S. Phys Rev B (in preparation).
64. Iyengar, S. S.; Frisch, M. J. J Chem Phys 2004, 121, 5061.
65. Iyengar, S. S.; Schlegel, H. B.; Millam, J. M.; Voth, G. A.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. J Chem Phys 2001, 115, 10291.
66. Li, X.; Moore, D. T.; Iyengar, S. S. J Chem Phys 2008, 128, 184308.
67. Li, X.; Oomens, J.; Eyler, J. R.; Moore, D. T.; Iyengar, S. S. Proc Natl Acad Sci (in press).
68. Iyengar, S. S. J Chem Phys 2007, 126, 216101.
69. Li, X.; Teige, V. E.; Iyengar, S. S. J Phys Chem A 2007, 111, 4815.
70. Iyengar, S. S. J Chem Phys 2005, 123, 084310.
71. Vimal, D.; Pacheco, A. B.; Iyengar, S. S.; Stevens, P. S. J Phys Chem A 2008, 112, 7227.
72. Iyengar, S. S.; Li, X.; Sumner, I. Adv Quantum Chem 2008, 55, 333.
73. Korevaar, J. Amer Math Soc Trans 1959, 91, 53.
74. Kouri, D. J.; Huang, Y.; Hoffman, D. K. Phys Rev Lett 1995, 75, 49.
75. Hoffman, D. K.; Nayar, N.; Sharafeddin, O. A.; Kouri, D. J. J Phys Chem 1991, 95, 8299.
76. Yu, S.; Zhao, S.; Wei, G. W. J Comput Phys 2005, 206, 727.
77. Trotter, M. F. Proc Am Math Soc 1959, 10, 545.
78. Nelson, E. J Math Phys 1964, 5, 332.
79. Feynman, R. P.; Hibbs, A. R. Quantum Mechanics and Path Integrals; McGraw-Hill: New York, 1965.
80. Schulman, L. S. Techniques and Applications of Path Integration; Wiley, Inc.: New York, 1986.
81. Maseras, F.; Morokuma, K. J Comput Chem 1995, 16, 1170.
82. Warshel, A.; Weiss, R. M. J Am Chem Soc 1980, 102, 6218.
83. Chang, Y.-T.; Miller, W. H. J Phys Chem 1990, 94, 5884.
84. Day, T. J. F.; Soudachov, A. V.; Cuma, M.; Schmidt, U. W.; Voth, G. A. J Chem Phys 2002, 117, 5839.
85. Schlegel, H. B.; Sonnenberg, J. L. J Chem Theory Comput 2006, 2, 905.
86. Wang, F.; Voth, G. A. J Chem Phys 2005, 122, 144105.
87. Rick, S. W.; Cachau, R. E. J Chem Phys 2000, 112, 5230.
88. Sakurai, J. J. Modern Quantum Mechanics; Addison-Wesley Publishing Company, 1994.
89. Wei, G. W.; Zhang, D. S.; Kouri, D. J.; Hoffman, D. K. Phys Rev Lett 1997, 79, 775.
90. Press, W. H.; Teukolsky, S. A.; Vetterling, W. T.; Flannery, B. P. Numerical Recipes in C; Cambridge University Press: New York, 1992.
91. Iyengar, S. S.; Day, T. J. F.; Voth, G. A. Int J Mass Spectrom 2005, 241, 197.
92. Diken, E. G.; Headrick, J. M.; Roscioli, J. R.; Bopp, J. C.; Johnson, M. A.; McCoy, A. B. J Phys Chem A 2005, 109, 1487.
93. Bowman, J. M. Acc Chem Res 1986, 19, 202.
94. Gerber, R. B.; Ratner, M. A. J Chem Phys 1988, 70, 97.
95. Jung, J. O.; Gerber, R. B. J Chem Phys 1996, 105, 10332.
96. Matsunaga, N.; Chaban, G. M.; Gerber, R. B. J Chem Phys 2002, 117, 3541.
97. McCoy, A. B.; Gerber, R. B.; Ratner, M. A. J Chem Phys 1994, 101, 1975.
98. McCoy, A. B.; Huang, X.; Carter, S.; Bowman, J. M. J Chem Phys 2005, 1236, 064317.
99. Iyengar, S. S.; Parker, G. A.; Kouri, D. J.; Hoffman, D. K. J Chem Phys 1999, 110, 10283.
100. Meyer, H.-D.; Manthe, U.; Cederbaum, L. S. Chem Phys Lett 1990, 165, 73.
101. Althorpe, S. C.; Fernandez-Alonso, F.; Bean, B. D.;Ayers, J. D.; Pomerantz, A. E.; Zare, R. N.;Wrede, E. Nature 2002, 416, 67.
102. Ben-Nun, M.; Quenneville, J.; Martínez, T. J. J Phys Chem A 2000, 104, 5161.
103. Gerber, R. B.; Buch, V.; Ratner, M. A. J Chem Phys 1982, 77, 3022.
104. Bisseling, R. H.; Kosloff, R.; Gerber, R. B.; Ratner, M. A.; Gibson, L.; Cerjan, C. J Chem Phys 1987, 87, 2760.
105. Makri, N.; Miller, W. H. J Chem Phys 1987, 87, 5781.
106. Skone, J. H.; Pak, M. V.; Hammes-Schiffer, S. J Chem Phys 2005, 123, 134108.
107. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J.A. Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G.A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H.P.;Cross, J. B.;Adamo, C.; Jaramillo, J.;Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian Development Version, Revision b.01; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA.
108. Kawaguchi, K. J Chem Phys 1988, 88, 4186.
109. Swalina, C.; Hammes-Schiffer, S. J Phys Chem A 2005, 109, 10410.
110. Moore, D. T.; Oomens, J.; vander Meer, L.; von Helden, G.; Meijer, G.; Valle, J.; Marshall, A. G.; Eyler, J. R. Chem Phys Chem 2004, 5, 740.
111. Roscioli, J. R.; McCunn, L. R.; Johnson, M. A. Science 2007, 316, 249.
112. Iyengar, S. S.; Petersen, M. K.; Day, T. J. F.; Burnham, C. J.; Teige, V. E.; Voth, G. A. J Chem Phys 2005, 123, 084309.
113. Shin, J.-W.; Hammer, N. I.; Diken, E. G.; Johnson, M. A.; Walters, R. S.; Jaeger, T. D.; Duncan, M. A.; Christie, R. A.; Jordan, K. D. Science 2004, 304, 1137.
114. Miyazaki, M.; Fujii, A.; Ebata, T.; Mikami, N. Science 2004, 304, 1134.
115. Zwier, T. S. Science 2004, 304, 1119.
116. Wu, C.-C.; Lin, C.-K.; Chang, H.-C.; Jiang, J.-C.; Kuo, J.-L.; Klein, M. L. J Chem Phys 2005, 122, 074315.
117. Agmon, N. Chem Phys Lett 1995, 244, 456.
118. Bernal, J. D.; Fowler, R. H. J Chem Phys 1933, 1, 515.
119. Agmon, N. Chem Phys Lett 2000, 319, 247.
120. Tuckerman, M. E.; Marx, D.; Parrinello, M. Nature 2002, 417, 925.
121. Asthagiri, D.; Pratt, L. R.; Kress, J. D.; Gomez, M.A. Proc Natl Acad Sci USA 2004, 101, 7229.
122. Lee, H. M.; Tarkeshwar, P.; Kim, K. S. J Chem Phys 2004, 121, 4657.
123. Diken, E. G.; Headrick, J. M.; Roscioli, J. R.; Bopp, J. C.; Johnson, M. A.; McCoy, A. B. J Phys Chem A 2005, 109, 1487.
124. Groenewold, G.; Gianotto, A.; Cossel, K.; VanStipdonk, M.; Moore, D.; Polfer, N.; Oomens, J.; deJong, W.; Visscher, L. J Am Chem Soc 2006, 128, 4802.