Electronic structure of genomic DNA: A photoemission and x-ray absorption study

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 114, Issue 29, 2010, Pages 9645-9652

  Kummer, Kurt ^a   Vyalikh, Denis V ^a   Gavrila, Gianina ^b   Preobrajenski, Alexei B ^c   Kick, Alfred ^a   Bönsch, Martin ^a   Mertig, Michael ^a   Molodtsov, Serguei L ^a  

^a DRESDEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Germany)

^b HAHN MEITNER INSTITUT   (Germany)

^c MAX IV LABORATORY   (Sweden)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ABSORPTION; CHEMICAL BONDS; DNA; ELECTRONIC PROPERTIES; ELECTRONIC STRUCTURE; EMISSION SPECTROSCOPY; GENES; MOLECULAR ORBITALS; PHOTOELECTRICITY; X RAY ABSORPTION; X RAY PHOTOELECTRON SPECTROSCOPY; X RAYS;

BAND GAPS; DNA STRUCTURE; GENOMIC DNA; LOWEST UNOCCUPIED MOLECULAR ORBITAL; NUCLEOBASES; ORBITALS; THEORETICAL PREDICTION;

ABSORPTION SPECTROSCOPY;

EID: 77954921576     PISSN: 15206106     EISSN: 15205207     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp1013237     Document Type: Article

References (76)

1. Watson, J. D.; Crick, F. H. Nature 1953, 171, 737
2. Wilkins, M. H.; Stokes, A. R.; Wilson, H. R. Nature 1953, 171, 738
3. Franklin, R.; Gosling, R. G. Nature 1953, 171, 740
4. Boon, E. M.; Livingston, A. L.; Chmiel, N. H.; David, S. S.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 12543
5. Kelley, S. O.; Barton, J. K. Science 1999, 283, 375
6. Klotsa, D.; Römer, R. A.; Turner, M. S. Biophys. J. 2005, 89, 2187
7. Osakada, Y.; Kawai, K.; Fujitsuka, M.; Majima, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103, 18072
8. Fink, H.-W.; Schönenberger, C. Nature 1999, 398, 407
9. Braun, E.; Eichen, Y.; Sivan, U.; Ben-Yoseph, G. Nature 1998, 391, 775
10. de Pablo, P. J.; Moreno-Herrero, F.; Colchero, J.; Gömez Herrero, J.; Herrero, P.; Barö, A. M.; Ordejn, P.; Soler, J. M.; Artacho, E. Phys. Rev. Lett. 2000, 85, 4992
11. Artacho, E.; Machado, M.; Sánchez-Portal, D.; Ordejön, P.; Soler, J. M. Mol. Phys. 2003, 101, 1587
12. Wadati, H.; Okazaki, K.; Niimi, Y.; Fujimori, A.; Tabata, H.; Pikus, J.; Lewis, J. P. Appl. Phys. Lett. 2005, 86 023901
13. Cai, L. T.; Tabata, H.; Kawai, T. Appl. Phys. Lett. 2000, 77, 3105
14. Porath, D.; Bezryadin, A.; de Vries, S.; Dekker, C. Nature 2000, 403, 635
15. Shapir, E.; Cohen, H.; Calzolari, A.; Cavazzoni, C.; Ryndyk, D. A.; Cuniberti, G.; Kotlyar, A.; di Felice, R.; Porath, D. Nat. Mater. 2008, 7, 68
16. Yoo, K.-H.; Ha, D. H.; Lee, J.-O.; Park, J. W.; Kim, J.; Kim, J. J.; Lee, H.-Y.; Kawai, T.; Choi, H. Y. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 198102
17. Endres, R. G.; Cox, D. L.; Singh, R. R. P. Rev. Mod. Phys. 2004, 76, 195
18. Kasumov, A. Y.; Kociak, M.; Gueron, S.; Reulet, B.; Volkov, V. T.; Klinov, D. V.; Bouchiat, H. Science 2001, 291, 280
19. Petrovykh, D. Y.; Kimura-Suda, H.; Tarlov, M. J.; Whitman, L. J. Langmuir 2004, 20, 429
20. May, C. J.; Canavan, H. E.; Castner, D. G. Anal. Chem. 2004, 76, 1114
21. Vilar, M. R.; Botelho do Rego, A. M.; Ferraria, A. M.; Jugnet, Y.; Nogues, C.; Peled, D.; Naaman, R. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 6957
22. Plekan, O.; Feyer, V.; Richter, R.; Coreno, M.; de Simone, M.; Prince, K. C.; Trofimov, A. B.; Gromov, E. V.; Zaytseva, I. L.; Schirmer J. Chem. Phys. 2008, 347, 360
23. Samuel, N. T.; Lee, C.-J.; Gamble, L. J.; Fischer, D. A.; Castner, D. G. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2006, 152, 134
24. Zubavichus, Y.; Shaporenko, A.; Korolkov, V.; Grunze, M.; Zharnikov, M. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 13711
25. Harada, Y.; Takeuchi, T.; Kino, H.; Fukushima, A.; Kaoru, T.; Hieda, K.; Nakao, A.; Shin, S.; Fukuyama, H. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 13227
26. MacNaughton, J.; Moewes, A.; Kurmaev, E. Z. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 7749
27. Vyalikh, D. V.; Fedoseenko, S. I.; Iossifov, I. E.; Follath, R.; Gorovikov, S. A.; Schmidt, J.-S.; Molodtsov, S. L.; Adamchuk, V. K.; Gudat, W.; Kaindl, G. Synch. Rad. News 2002, 15, 26
28. Fedoseenko, S. I.; Vyalikh, D. V.; Iossifov, I. F.; Follath, R.; Gorovikov, S. A.; Püttner, R.; Schmidt, J.-S.; Molodtsov, S. L.; Adamchuk, V. K.; Gudat, W.; Kaindl, G. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 2003, 505, 718
29. Vyalikh, D. V.; Danzenbächer, S.; Mertig, M.; Kirchner, A.; Pompe, W.; Dedkov, Yu.S.; Molodtsov, S. L. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 238103
30. Vyalikh, D. V.; Kirchner, A.; Danzenbächer, S.; Dedkov, Yu. S.; Kade, A.; Mertig, M.; Molodtsov, S. L. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 18620
31. Kummer, K.; Vyalikh, D. V.; Gavrila, G.; Kade, A.; Weigel-Jech, M.; Mertig, M.; Molodtsov, S. L. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2008, 163, 59
32. Kade, A.; Vyalikh, D. V.; Danzenbächer, S.; Kummer, K.; Blüher, A.; Mertig, M.; Lanzara, A.; Scholl, A.; Doran, A.; Molodtsov, S. L. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 13491
33. Howells, M. R.; Hitchcock, A. P.; Jacobsen, C. J. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2009, 170, 1-68
34. Siegbahn, K. Rev. Mod. Phys. 1982, 54, 709
35. Lee, C.-Y.; Gamble, L. J.; Grainger, D. W.; Castner, D. G. Biointerphases 2006, 1, 82
36. Lee, C.-Y.; Gong, P.; Harbers, G. M.; Grainger, D. W.; Castner, D. G.; Gamble, L. J. Anal. Chem. 2006, 78, 3316
37. Takahata, Y.; Okamoto, A. K.; Chong, D. P. Int. J. Quantum Chem. 2006, 106, 2581
38. Hayakawa, M.; Yoshinari, M.; Nemoto, K. J. Biomed. Mater. Res. A 2003, 67A, 684
39. Fu, R.; Zheng, B.; Liu, J.; Weiss, S.; Ying, J. Y.; Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Satcher, J., Jr.; Baumann, T. J. Appl. Polym. Sci. 2004, 91, 3060
40. Brow, R. K.; Osborne, Z. A. Surf. Interface Anal. 1996, 24, 91
41. Juodkazis, K.; Juodkazyte, J.; Jasulaitiene, V.; Lukinskas, A.; Sebeka, B. Electrochem. Commun. 2000, 2, 503
42. Wagner, C. D.; Zatko, D. A.; Raymond, R. H. Anal. Chem. 1980, 52, 1445
43. Yeh, J. J. Atomic Calculation of Photoionization Cross-Sections and Asymmetry Parameters; Gordon and Breach Science Publishers: Langhorne, PE (USA), 1993.
44. Yeh, J. J.; Lindau, I. At. Data Nucl. Data Tables 1985, 32, 1
45. How strongly the counter ion will claim the surplus electron will certainly depend on the possible energy gain upon returning from the positively charged to the neutral state, which can be estimated from the respective ionization energies. Note the enhanced ionization energy of hydrogen (1312 kJ/mol) when compared to sodium (496 kJ/mol). Data taken from: Huheey, J. E.; Keiter, E. A.; Keiter, R. L. Inorganic Chemistry: Principles of Structure and Reactivity, 4th ed., Harper Collins: New York, USA, 1993.
46. James, A. M.; Lord, M. P. Macmillans Chemical and Physical Data; Macmillan: London, UK, 1992.
47. Kick, A.; Bönsch, M.; Kummer, K.; Vyalikh, D. V.; Molodtsov, S. L.; Mertig, M. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2009, 172, 36
48. Stöhr, J. NEXAFS Spectroscopy; Springer Series in Surface Science 25; Springer: Berlin, 1996; corr. 2nd printing, pp 179 - 185.
49. Zwahlen, M.; Brovelli, D.; Caseri, W.; Hähner, G. J. Colloid Interface Sci. 2002, 256, 262
50. Kaznacheyev, K.; Osanna, A.; Jacobsen, C.; Plashkevych, O.; Vahtras, O.; gren, H.; Carravetta, V.; Hitchcock, A. P. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 3153
51. Kummer, K.; Sivkov, V. N.; Vyalikh, D. V.; Maslyuk, V. V.; Blüher, A.; Nekipelov, S. V.; Bredow, T.; Mertig, I.; Mertig, M.; Molodtsov, S. L. Phys. Rev. B 2009, 80, 155433
52. Shard, A. G.; Whittle, J. D.; Beck, A. J.; Brookes, P. N.; Bullett, N. A.; Talib, R. A.; Mistry, A.; Barton, D.; McArthur, S. L. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 12472
53. Moewes, A.; MacNaughton, J.; Wilks, R.; Lee, J. S.; Wettig, S. D.; Kraatz, H.-B.; Kurmaev, E. Z. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2004, 137, 817
54. Gordon, M. L.; Cooper, G.; Morin, C.; Araki, T.; Turci, C. C.; Kaznatcheev, K.; Hitchcock, A. P. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 6144
55. Urquhart, S. G.; Ade, H. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 8531
56. Ohta, T.; Seki, K.; Yokoyama, T.; Morisada, I.; Edamatsu, K. Phys. Scr. 1990, 41, 150
57. Dannenberger, O.; Weiss, K.; Himmel, H.-J.; Jäger, B.; Buck, M.; Wöll, Ch. Thin Solid Films 1997, 307, 183
58. Hitchcock, A. P.; Ishii, I. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1986, 42, 11
59. Outka, D. A.; Stöhr, J.; Rabe, J. P.; Swalen, J. D. J. Chem. Phys. 1988, 88, 4076
60. Outka, D. A.; Stöhr, J. J. Chem. Phys. 1988, 88, 3539
61. Hähner, G.; Kinzler, M.; Wöll, Ch.; Grunze, M.; Scheller, M. K.; Cederbaum, L. S. Phys. Rev. Lett. 1991, 67, 851
62. Bagus, R. S.; Weiss, K.; Schertel, A.; Wöll, Ch.; Braun, W.; Hellwig, C.; Jung, C. Chem. Phys. Lett. 1996, 248, 129
63. Weiss, K.; Bagus, P. S.; Wöll, Ch. J. Chem. Phys. 1999, 111, 6834
64. Fujii, K.; Yokoya, A. Radiat. Phys. Chem. 2009, 78, 1188
65. Furukawa, M.; Kato, H. S.; Taniguchi, M.; Kawai, T.; Hatsui, T.; Kosugi, N.; Yoshida, T.; Aida, M.; Kawai, M. Phys. Rev. B 2007, 75 045119
66. Fujii, K.; Akamatsu, K.; Yokoya, A. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8031
67. Kirtley, S. M.; Mullins, O. C.; Chen, J.; van Elp, J.; George, S. J.; Chen, C. T.; OHalloran, T.; Cramer, S. P. Biochim. Biophys. Acta 1992, 1132, 249
68. Mochizuki, Y.; Koide, H.; Imamura, T.; Takemiya, H. J. Synchrotron Radiat. 2001, 8, 1003
69. Fujii, K.; Akamatsu, K.; Muramatsu, Y.; Yokoya, A. Nucl. Instr. Methods Phys. Res. B 2003, 199, 249 and references therein
70. Z being the atomic number of the atoms contained in the molecule.
71. Zhang, M.-L.; Miao, M. S.; Van Doren, V. E.; Ladik, J. J.; Mintmire, J. W. J. Chem. Phys. 1999, 111, 8696
72. Maslyuk, V. V.; Mertig, I.; Bredow, T.; Mertig, M.; Vyalikh, D. V.; Molodtsov, S. L. Phys. Rev. B 2008, 77 045419
73. Ireta, J.; Galván, M.; Cho, K.; Joannopoulos, J. D. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9771
74. Brühwiler, P. A.; Karis, O.; Martensson, N. Rev. Mod. Phys. 2002, 74, 703
75. Kato, H. S.; Furukawa, M.; Kawai, M.; Taniguchi, M.; Kawai, T.; Hatsui, T.; Kosugi, N. Phys. Rev. Lett. 2004, 93 086403
76. Vyalikh, D. V.; Maslyuk, V. V.; Blüher, A.; Kade, A.; Kummer, K.; Dedkov, Yu. S.; Bredow, T.; Mertig, I.; Mertig, M.; Molodtsov, S. L. Phys. Rev. Lett. 2009, 102 098101