Polarization dependent resonant x-ray emission spectroscopy of D 2O and H 2O water: Assignment of the local molecular orbital symmetry

Journal of Chemical Physics

Volumn 136, Issue 4, 2012, Pages

  Tokushima, Takashi ^a   Horikawa, Yuka ^a,b   Arai, Hidemi ^a,b   Harada, Yoshihisa ^a,b,c   Takahashi, Osamu ^d   Pettersson, Lars G M ^e   Nilsson, Anders ^f   Shin, Shik ^a,b  

^a RIKEN Harima Institute Research   (Japan)

^b UNIVERSITY OF TOKYO   (Japan)

^c JAPAN SCIENCE AND TECHNOLOGY AGENCY   (Japan)

^d HIROSHIMA UNIVERSITY   (Japan)

^e STOCKHOLM UNIVERSITY   (Sweden)

^f SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ASSIGNMENT OF; LOCAL MOLECULAR ORBITAL; LONE PAIR; MOLECULAR ORBITAL SYMMETRY; ORBITAL SYMMETRIES; POLARIZATION DEPENDENCE; RESONANT X-RAY EMISSION SPECTROSCOPIES; STRUCTURAL ENVIRONMENT; WATER STRUCTURE; X-RAY EMISSION SPECTRA;

ELECTROMAGNETIC WAVE EMISSION; MOLECULAR ORBITALS; X RAY SCATTERING;

EMISSION SPECTROSCOPY;

EID: 84859972736     PISSN: 00219606     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.3678443     Document Type: Article

References (56)

1. A. H. Narten and H. A. Levy, Science 165 (3892), 447 (1969). 10.1126/science.165.3892.447
2. A. Rahman and F. H. Stilling, J. Chem. Phys. 55 (7), 3336 (1971). 10.1063/1.1676585
3. F. H. Stillinger, Science 209 (4455), 451 (1980). 10.1126/science.209. 4455.451
4. T. Head-Gordon and G. Hura, Chem. Rev. 102 (8), 2651 (2002). 10.1021/cr0006831
5. M. Vedamuthu, S. Singh, and G. W. Robinson, J. Phys. Chem. 98 (9), 2222 (1994). 10.1021/j100060a002
6. H. Tanaka, J. Chem. Phys. 112 (2), 799 (2000). 10.1063/1.480609
7. P. Wernet, D. Nordlund, U. Bergmann, M. Cavalleri, M. Odelius, H. Ogasawara, L. Å Näslund, T. K. Hirsch, L. Ojamäe, P. Glatzel, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, Science 304 (5673), 995 (2004). 10.1126/science.1096205
8. T. Head-Gordon and M. E. Johnson, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103 (44), 16614 (2006). 10.1073/pnas.0510593103
9. T. Head-Gordon and M. E. Johnson, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103 (21), 7973 (2006). 10.1073/pnas.0510593103
10. O. Fuchs, M. Zharnikov, L. Weinhardt, M. Blum, M. Weigand, Y. Zubavichus, M. Bär, F. Maier, J. D. Denlinger, C. Heske, M. Grunze, and E. Umbach, Phys. Rev. Lett. 100 (2), 027801 (2008). 10.1103/PhysRevLett.100.027801
11. O. Fuchs, M. Zharnikov, L. Weinhardt, M. Blum, M. Weigand, Y. Zubavichus, M. Bär, F. Maier, J. D. Denlinger, C. Heske, M. Grunze, and E. Umbach, Phys. Rev. Lett. 100 (24), 249802 (2008). 10.1103/PhysRevLett.100.249802
12. L. G. M. Pettersson, T. Tokushima, Y. Harada, O. Takahashi, S. Shin, and A. Nilsson, Phys. Rev. Lett. 100 (24), 249801 (2008). 10.1103/PhysRevLett.100. 249801
13. T. Tokushima, Y. Harada, O. Takahashi, Y. Senba, H. Ohashi, L. G. M. Pettersson, A. Nilsson, and S. Shin, Chem. Phys. Lett. 460 (4-6), 387 (2008). 10.1016/j.cplett.2008.04.077
14. C. Huang, K. T. Wikfeldt, T. Tokushima, D. Nordlund, Y. Harada, U. Bergmann, M. Niebuhr, T. M. Weiss, Y. Horikawa, M. Leetmaa, M. P. Ljungberg, O. Takahashi, A. Lenz, L. Ojamäe, A. P. Lyubartsev, S. Shin, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 15214 (2009). 10.1073/pnas.0904743106
15. M. Odelius, Phys. Rev. B 79 (14), 144204 (2009). 10.1103/PhysRevB.79. 144204
16. M. Odelius, J. Phys. Chem. A 113 (29), 8176 (2009). 10.1021/jp903096k
17. G. N. I. Clark, C. D. Cappa, J. D. Smith, R. J. Saykally, and T. Head-Gordon, Mol. Phys. 108 (11), 1415 (2010). 10.1080/00268971003762134
18. C. Huang, K. T. Wikfeldt, T. Tokushima, D. Nordlund, Y. Harada, U. Bergmann, M. Niebuhr, T. M. Weiss, Y. Horikawa, M. Leetmaa, M. P. Ljungberg, O. Takahashi, A. Lenz, L. Ojämae, A. P. Lyubartsev, S. Shin, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107 (12), E45 (2010). 10.1073/pnas.0913504107
19. T. Tokushima, Y. Harada, Y. Horikawa, O. Takahashi, Y. Senba, H. Ohashi, L. G. M. Pettersson, A. Nilsson, and S. Shin, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 177 (2-3), 192 (2010). 10.1016/j.elspec.2010.02.008
20. L. Weinhardt, O. Fuchs, M. Blum, M. Bär, M. Weigand, J. D. Denlinger, Y. Zubavichus, M. Zharnikov, M. Grunze, C. Heske, and E. Umbach, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 177 (2-3), 206 (2010). 10.1016/j.elspec.2009. 02.014
21. A. Nilsson, P. Wernet, D. Nordlund, U. Bergmann, M. Cavalleri, M. Odelius, H. Ogasawara, L. Å. Näslund, T. K. Hirsch, L. Ojamäe, P. Glatzel, and L. G. M. Pettersson, Science 308 (5723), 793a (2005). 10.1126/science.1108864
22. A. K. Soper, Pure Appl. Chem. 82 (10), 1855 (2010). 10.1351/PAC-CON-09- 12-16
23. A. Nilsson and L. G. M. Pettersson, Chem. Phys. 389 (1-3), 1 (2011). 10.1016/j.chemphys.2011.07.021
24. K. T. Wikfeldt, A. Nilsson, and L. G. M. Pettersson, Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (44), 19918 (2011). 10.1039/c1cp22076d
25. M. Neeb, J. E. Rubensson, M. Biermann, and W. Eberhardt, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 67 (2), 261 (1994). 10.1016/0368-2048(93)02050-V
26. F. K. Gel'Mukhanov, L. N. Mazalov, and A. V. Kondratenko, Chem. Phys. Lett. 46 (1), 133 (1977). 10.1016/0009-2614(77)85180-4
27. A. Nilsson and L. G. M. Pettersson, Surf. Sci. Rep. 55 (2-5), 49 (2004). 10.1016/j.surfrep.2004.06.002
28. A. Nilsson, N. Wassdahl, M. Weinelt, O. Karis, T. Wiell, P. Bennich, J. Hasselström, A. Föhlisch, J. Stöhr, and M. Samant, Appl. Phy. A 65 (2), 147 (1997). 10.1007/s003390050557
29. A. Nilsson, M. Weinelt, T. Wiell, P. Bennich, O. Karis, N. Wassdahl, J. Stöhr, and M. G. Samant, Phys. Rev. Lett. 78 (14), 2847 (1997). 10.1103/PhysRevLett.78.2847
30. D. W. Lindle, P. L. Cowan, R. E. Lavilla, T. Jach, R. D. Deslattes, B. Karlin, J. A. Sheehy, T. J. Gil, and P. W. Langhoff, Phys. Rev. Lett. 60 (11), 1010 (1988). 10.1103/PhysRevLett.60.1010
31. P. Skytt, P. Glans, D. C. Mancini, J. H. Guo, N. Wassdahl, J. Nordgren, and Y. Ma, Phys. Rev. B 50 (15), 10457 (1994). 10.1103/PhysRevB.50.10457
32. Y. Luo, H. Ågren, and F. Gelmukhanov, J. Phys. B 27 (18), 4169 (1994). 10.1088/0953-4075/27/18/015
33. Y. Luo, H. Ågren, and F. Gelmukhanov, Phys. Rev. A 53 (3), 1340 (1996). 10.1103/PhysRevA.53.1340
34. J. Forsberg, J. Gråsjö, B. Brena, J. Nordgren, L.-C. Duda, and J.-E. Rubensson, Phys. Rev. B 79 (13), 132203 (2009). 10.1103/PhysRevB.79. 132203
35. Y. Horikawa, T. Tokushima, A. Hiraya, and S. Shin, Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (32), 9165 (2010). 10.1039/c003644g
36. H. Ohashi, Y. Senba, H. Kishimoto, T. Miura, E. Ishiguro, T. Takeuchi, M. Oura, K. Shirasawa, T. Tanaka, M. Takeuchi, K. Takeshita, S. Goto, S. Takahashi, H. Aoyagi, M. Sano, Y. Furukawa, T. Ohata, T. Matsushita, Y. Ishizawa, S. Taniguchi, Y. Asano, Y. Harada, T. Tokushima, K. Horiba, H. Kitamura, T. Ishikawa, S. Shin, Y. Senba, H. Ohashi, H. Kishimoto, T. Miura, S. Goto, S. Shin, T. Shintake, and T. Ishikawa, AIP Conf. Proc. 879 (1), 523 (2007). 10.1063/1.2436113
37. M. Oura, T. Nakamura, T. Takeuchi, Y. Senba, H. Ohashi, K. Shirasawa, T. Tanaka, M. Takeuchi, Y. Furukawa, T. Hirono, T. Ohata, H. Kitamura, and S. Shin, J. Synchrotron Radiat. 14, 483 (2007). 10.1107/S0909049507040289
38. T. Tokushima, Y. Harada, H. Ohashi, Y. Senba, and S. Shin, Rev. Sci. Instrum. 77 (6), 063107 (2006). 10.1063/1.2204623
39. T. Tokushima, Y. Horikawa, and S. Shin, Rev. Sci. Instrum. 82 (7), 073108 (2011). 10.1063/1.3610454
40. M. P. Ljungberg, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, J. Chem. Phys. 134 (4), 044513 (2011). 10.1063/1.3533956
41. U. Bergmann, D. Nordlund, P. Wernet, M. Odelius, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, Phys. Rev. B 76 (2), 024202 (2007). 10.1103/PhysRevB.76.024202
42. J. H. Root, P. A. Egelstaff, and A. Hime, Chem. Phys. 109 (2-3), 437 (1986). 10.1016/0301-0104(86)87071-9
43. C. H. Cho, J. Urquidi, S. Singh, and G. W. Robinson, J. Phys. Chem. B 103 (11), 1991 (1999). 10.1021/jp9842953
44. M. Vedamuthu, S. Singh, and G. W. Robinson, J. Phys. Chem. 98 (34), 8591 (1994). 10.1021/j100085a045
45. D. Nordlund, H. Ogasawara, H. Bluhm, O. Takahashi, M. Odelius, M. Nagasono, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, Phys. Rev. Lett. 99 (21), 217406 (2007). 10.1103/PhysRevLett.99.217406
46. See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.3678443 E-JCPSA6-136-053204 for estimation of the background signal in the XES spectra that comes from a native oxide on the membrane window and for theoretical estimation of angular anisotropy of XES spectra.
47. K. Andersson, A. Nikitin, L. G. M. Pettersson, A. Nilsson, and H. Ogasawara, Phys. Rev. Lett. 93 (19), 196101 (2004). 10.1103/PhysRevLett.93. 196101
48. L. Å. Näslund, J. Lüning, Y. Ufuktepe, H. Ogasawara, P. Wernet, U. Bergmann, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, J. Phys. Chem. B 109 (28), 13835 (2005). 10.1021/jp052046q
49. S. Myneni, Y. Luo, L. Å. Näslund, M. Cavalleri, L. Ojamäe, H. Ogasawara, A. Pelmenschikov, P. Wernet, P. Väterlein, C. Heske, Z. Hussain, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, J Phys.: Condens. Matter 14, L213 (2002). 10.1088/0953-8984/14/8/106
50. M. Cavalleri, H. Ogasawara, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, Chem. Phys. Lett. 364 (3-4), 363 (2002). 10.1016/S0009-2614(02)00890-4
51. M. Odelius, H. Ogasawara, D. Nordlund, O. Fuchs, L. Weinhardt, F. Maier, E. Umbach, C. Heske, Y. Zubavichus, M. Grunze, J. D. Denlinger, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, Phys. Rev. Lett. 94 (22), 227401 (2005). 10.1103/PhysRevLett.94.227401
52. T. Schiros, L. Å. Näslund, K. Andersson, J. Gyllenpalm, G. S. Karlberg, M. Odelius, H. Ogasawara, L. G. M. Pettersson, and A. Nilsson, J. Phys. Chem. C 111 (41), 15003 (2007). 10.1021/jp073405f
53. J. Stöhr, NEXAFS Spectroscopy (Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 1995).
54. A. Nilsson, D. Nordlund, I. Waluyo, N. Huang, H. Ogasawara, S. Kaya, U. Bergmann, L. Å. Näslund, H. Öström, P. Wernet, K. J. Andersson, T. Schiros, and L. G. M. Pettersson, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 177 (2-3), 99 (2010). 10.1016/j.elspec.2010.02.005
55. A. Nilsson, H. Ogasawara, M. Cavalleri, D. Nordlund, M. Nyberg, P. Wernet, and L. G. M. Pettersson, J. Chem. Phys. 122 (15), 154505 (2005). 10.1063/1.1879752
56. K. M. Lange, R. Könnecke, M. Soldatov, R. Golnak, J.-E. Rubensson, A. Soldatov, and E. F. Aziz, Angew. Chem. 123 (45), 10809 (2011). 10.1002/ange.201104161