Dynamical crossover and breakdown of the stokes-einstein relation in confined water and in methanol-diluted bulk water

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 114, Issue 5, 2010, Pages 1870-1878

  Mallamace, Francesco ^a,b   Branca, Caterina ^a   Corsaro, Carmelo ^a   Leone, Nancy ^a   Spooren, Jeroen ^a   Stanley Eugene, H ^c   Chen, Sow Hsin ^b  

^a UNIVERSITY OF MESSINA   (Italy)

^b Massachusetts Institute of Technology Cambridge   (United States)

^c Boston University   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CONFINED FLOW; METHANOL; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY; RESONANCE;

ARRHENIUS; BULK WATER; CONFINED WATER; DYNAMIC CROSSOVER; DYNAMICAL CROSSOVER; DYNAMICAL PROPERTIES; EXPERIMENTAL EVIDENCE; HYDRATION LAYERS; HYDROGEN BOND NETWORKS; LYSOZYME PROTEINS; MOLAR FRACTIONS; POWER LAW; QUASI ELASTIC NEUTRON SCATTERING; QUASI-ONE-DIMENSIONAL; SPECTROSCOPIC TECHNIQUE; STOKES-EINSTEIN RELATION; SUPERCOOLED WATER; SYSTEM DIMENSION;

WATER ANALYSIS;

EID: 77149145198     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp910038j     Document Type: Article

References (90)

1. Mallamace, F. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 15097.
2. Debenedetti, P. G.; Stanley, H. E. Phys. Today 2003, 56, 40.
3. Mishima, O.; Stanley, H. E. Nature 1998, 396, 329.
4. Velikov, V.; Borick, S.; Angell, C. A. Science 2001, 294, 2335.
5. Sokolov, A. P. Science 1996, 273, 1675.
6. (a)Angell, C. A. Complex BehaVior of Glassy Systems; Rubí, M., Péres-Vicente, C., Eds.; Springer: Berlin, 1997.
7. (b) Angell, C. A. Science 1995, 267, 1924.
8. Götze, W.; Sjölander, L. Rep. Prog. Phys. 1992, 55, 241.
9. Taborek, P.; Kleinman, R. N.; Bishop, D. J. Phys. ReV. B 1986, 34, 1835.
10. Grest, G. S.; Cohen, M. H. AdV. Chem. Phys. 1981, 48, 455.
11. Miyazaki, K.; Wyss, H. M.; Weitz, D. A.; Reichman, D. R. Europhys. Lett. 2006, 75, 915.
12. (a)Mallamace, F.; Chen, S.-H.; Coniglio, A.; de Arcangelis, L.; Del Gado, E.; Fierro, A. Phys. ReV. E 2006, 73, 020402(R).
13. (b)Mallamace, F.; Tartaglia, P.; Chen, W. R.; Faraone, A.; Chen, S.-H. J. Phys.: Condens. Matter 2004, 16, S4975.
14. (a)Weeks, E. R.; Crocker, J. C.; Levitt, A. C.; Schofiled, A.; Weitz, D. A. Science 2000, 287, 627.
15. Weeks, E. R.; Weitz, D. A. Phys. ReV. Lett. 2002, 89, 095704.
16. Chong, S. H. Phys. ReV. E 2008, 78, 041501.
17. Goldstein, M. J. Chem. Phys. 1969, 51, 3728.
18. Stillinger, F. H. J. Chem. Phys. 1988, 89, 6461.
19. Kivelson, D.; Tarjus, J. J. Non-Cryst. Solids 1998, 235-237, 86.
20. Havlin, S.; ben-Avraham, D. AdV. Phys. 1987, 36, 695.
21. Ngai, K. L. J. Non-Cryst. Solids 1996, 203, 232.
22. Sillescu, H. J. Non-Cryst. Solids 1999, 243, 81.
23. (a)Leutheusser, E. Phys. ReV. A 1984, 29, 2765.
24. (b)Bengtzelius, U.; Götze, W.; Sjölander, A. J. Phys. C: Solid State Phys. 1984, 17, 5915.
25. Fredricson, G. H.; Andersen, H. C. Phys. ReV. Lett. 1984, 53, 1244.
26. (a)Stanley, H. E. J. Phys. A 1979, 12, L329.
27. (b)Stanley, H. E.; Teixeira, J. J. Chem. Phys. 1980, 73, 3404.
28. Elmatad, Y. S.; Chandler, D.; Garrahan, J. P. [cond-mat.stat-mech] 2008, arXiv:0811.2450v1.
29. Stillinger, F. H.; Hodgdon, J. A. Phys. ReV. E 1994, 50, 2064.
30. Tarjus, G.; Kivelson, D. J. Chem. Phys. 1995, 103, 3071.
31. Liu, C. Z.-W.; Hoppenheim, I. Phys. ReV. E 1996, 53, 799.
32. Xia, X.; Wolynes, P. G. J. Chem. Phys. 2001, 105, 6570.
33. Kumar, P.; Buldyrev, S. V.; Becker, S. L.; Poole, P. H.; Starr, F. W.; Stanley, H. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 9575.
34. Mazza, M. G.; Giovambattista, N.; Stanley, H. E.; Starr, F. W. Phys. ReV. E 2007, 76, 031202.
35. Xu, L.; Mallamace, F.; Starr, F. W.; Yan, Z.; Buldyrev, S. V.; Stanley, H. E. Nat. Phys. 2009, 5, 565.
36. Palmer, R. G.; Stein, D. L.; Abrahams, E.; Anderson, P. W. Phys. ReV. Lett. 1984, 53, 958.
37. Garrahan, J. P.; Chandler, D. Phys. ReV. Lett. 2002, 89, 035704.
38. Garrahan, J. P.; Chandler, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 9710.
39. (a)Jung, Y.-J.; Garrahan, J. P.; Chandler, D. Phys. ReV. E 2004, 69, 061205.
40. (b)Jung, Y.-J.; Garrahan, J. P.; Chandler, D. J. Chem. Phys. 2005, 123, 084509..
41. Pan, A. C.; Garrahan, J. P.; Chandler, D. Chem. Phys. Chem. 2005, 6, 1783.
42. (a)Ediger, M. D. Annu. ReV. Phys. Chem. 2000, 51, 99.
43. (b)Cicerone, M. T.; Ediger, M. D. J. Chem. Phys. 1996, 104, 7210.
44. Swallen, S. F.; Bonvallet, P. A.; McMahon, R. J.; Ediger, M. D. Phys. ReV. Lett. 2003, 90, 015901.
45. Chang, J.; Sillescu, H. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 8794.
46. Ngai, K. L.; Magill, J. H.; Plazek, D. J. J. Chem. Phys. 2000, 112, 1887.
47. Huang, C.; Wikfeldt, K. T.; Tokushima, T.; Nordlund, D.; Harada, Y.; Bergmann, U.; Niebuhr, M.; Weiss, T. M.; Horikawa, Y.; Leetmaa, M.; Ljungberg, M. P.; Takahashi, O.; Lenz, A.; Ojamäe, L.; Lyubartsev, A. P.; Shin, S.; Pettersson, L. G. M.; Nilsson, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 15214.
48. Whitelam, S.; Berthier, L.; Garrahan, J. P. Phys. ReV. E 2005, 71, 026128.
49. Faraone, A.; Liu, L.; Mou, C.-Y.; Yen, C.-W.; Chen, S.-H. J. Chem. Phys. (Rapid Commun.) 2004, 121, 10843.
50. Mallamace, F.; Broccio, M.; Corsaro, C.; Faraone, A.; Majolino, D.; Venuti, V.; Liu, L.; Mou, C.-Y.; Chen, S.-H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 424.
51. Mallamace, F.; Branca, C.; Corsaro, C.; Broccio, M.; Mou, C.-Y.; Chen, S.-H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 18387.
52. Liu, D.; Zhang, Y.; Chen, C. C.; Mou, C.-Y.; Poole, P. H.; Chen, S.-H. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 9570.
53. Mallamace, F.; Corsaro, C.; Broccio, M.; Branca, C.; Gonzalez- Segredo, N.; Spooren, J.; Chen, S.-H.; Stanley, H. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 12725.
54. Ito, K.; Moynihan, C. T.; Angell, C. A. Nature 1999, 398, 492.
55. Liu, L.; Chen, S.-H.; Faraone, A.; Yen, C. W.; Mou, C.-Y. Phys. ReV. Lett. 2005, 95, 117802.
56. Mallamace, F.; Broccio, M.; Corsaro, C.; Faraone, A.; Wanderlingh, U.; Liu, L.; Mou, C.-Y.; Chen, S.-H. J. Chem. Phys. 2006, 124, 161102.
57. Xu, L.; Kumar, P.; Buldyrev, S. V.; Chen, S.-H.; Poole, P. H.; Sciortino, F.; Stanley, H. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 16558.
58. Chen, S.-H.; Mallamace, F.; Mou, C.-Y.; Broccio, M.; Corsaro, C.; Faraone, A.; Liu, L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 104, 12974.
59. Hedstrom, J.; Swenson, J.; Bergman, R.; Jansson, H.; Kittaka, S. Eur. Phys. J. Spec. Top. 2007, 141, 53.
60. Tanaka, H. J. Phys.: Condens. Matter 2003, 15, L703.
61. Banerjee, D.; Bhat, S. N.; Bhat, S. V.; Leporini, D. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2009, 106, 11448.
62. Tarek, M.; Tobias, D. J. Phys. ReV. Lett. 2002, 89, 275501.
63. Roth, J. H.; Novikov, V. N.; Gregory, R. B.; Curtis, J. E.; Chowdhuri, E.; Sokolov, A. P. Phys. ReV. Lett. 2005, 95, 038101.
64. Chen, S.-H.; Liu, L.; Fratini, E.; Baglioni, P.; Faraone, A.; Mamantov, E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 9016.
65. Mallamace, F.; Chen, S.-H.; Broccio, M.; Corsaro, C.; Crupi, V.; Majolino, D.; Venuti, V.; Baglioni, P.; Fratini, E.; Vannucci, C.; Stanley, H. E. J. Chem. Phys. 2007, 127, 045104.
66. Kumar, P.; Yan, Z.; Xu, L.; Mazza, M. G.; Buldyrev, S. V.; Chen, S.-H.; Sastry, S.; Stanley, H. E. Phys. ReV. Lett. 2006, 97, 177802.
67. (a)Vitkup, D.; Ringe, D.; Petsko, G. A.; Karplus, M. Nat. Struct. Biol. 2000, 7, 34.
68. (b)Doster, W.; Cusack, S.; Petry, W. Nature 1989, 337, 754.
69. Derlacki, Z. J.; Easteal, A.; Edge, A. V. J.; Woolf, L. A.; Roksandic, Z. J. Phys. Chem. 1985, 89, 5318.
70. Soper, A. K.; Dougan, L.; Crain, J.; Finney, J. L. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3472.
71. (a) Mikhail, S. Z.; Kimel, W. R. J. Chem. Eng. Data 1961, 6, 533.
72. (b)Yergovich, T. W.; Swift, G. W.; Kurata, F. J. Chem. Eng. Data 1971, 16, 222.
73. Dougan, L.; Bates, S. P.; Hargreaves, R.; Fox, J. P.; Crain, J.; Finney, J. L.; Reat, V.; Soper, A. K. J. Chem. Phys. 2004, 121, 6456.
74. Dougan, L.; Hargreaves, R.; Bates, S. P.; Finney, J. L.; Reat, V.; Soper, A. K.; Crain, J. J. Chem. Phys. 2005, 122, 174514.
75. Allison, S. K.; Fox, J. P.; Hargreaves, R.; Bates, S. P. Phys. ReV. B 2005, 71, 024201.
76. Micali, N.; Trusso, S.; Vasi, C.; Blaudez, D.; Mallamace, F. Phys. ReV. E 1996, 54, 1720.
77. Frank, S. H.; Evans, M. W. J. Chem. Phys. 1945, 13, 507.
78. Kauzmann, W. AdV. Protein Chem. 1959, 14, 1.
79. Corsaro, C.; Spooren, J.; Branca, C.; Leone, N.; Broccio, M.; Kim, C.; Chen, S.-H.; Stanley, H. E.; Mallamace, F. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 10449.
80. Jana, B.; Bagchi, B. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 2221.
81. (a)Stejskal, E. O.; Tanner, J. E. J. Chem. Phys. 1964, 42, 288.
82. (b)Price, W. S. Concepts Magn. Reson. 1998, 10, 197.
83. Meyer, A.; Dimeo, R. M.; Gehring, P. M.; Neumann, D. A. ReV. Sci. Instrum. 2003, 74, 2759.
84. Copley, J. R. D.; Cook, J. C. Chem. Phys. 2003, 292, 477.
85. Bergman, R.; Swenson, J. Nature 2000, 403, 283.
86. Yamamoto, R.; Onuki, A. Phys. ReV. Lett. 1998, 81, 4915.
87. Karger, N.; Vardag, T.; Lüdemann, H.-D. J. Chem. Phys. 1990, 93, 3437.
88. Price, S. W.; Hiroyudi, I.; Arata, Y. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 448.
89. Cho, C. H.; Urquidi, J.; Singh, S.; Wilse Robinson, G. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 1991.
90. Speedy, R.; Angell, C. A. J. Chem. Phys. 1976, 65, 851.