Theoretical spectroscopy using molecular dynamics: Theory and application to CH5+ and its isotopologues

Physical Chemistry Chemical Physics

Volumn 15, Issue 25, 2013, Pages 10270-10299

  Ivanov, Sergei D ^a,b   Witt, Alexander ^a   Marx, Dominik ^a  

^a RUHR UNIVERSITY BOCHUM   (Germany)

^b UNIVERSITY OF ROSTOCK   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84881103668     PISSN: 14639076     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3cp44523b     Document Type: Article

References (203)

1. E. B. Wilson, Jr, J. C. Decius and P. C. Cross, Molecular Vibrations: The Theory of Infrared and Raman Vibrational spectra, Dover Publications, New York, 1955
2. Computational Molecular Spectroscopy, ed., P. Jensen, and, P. R. Bunker, Wiley, Chichester, 2003
3. J. M. Bowman T. Carrington H.-D. Meyer Mol. Phys. 2008 106 2145
4. J. M. Bowman B. J. Braams S. Carter C. Chen G. Czako B. Fu X. Huang E. Kamarchik A. R. Sharma B. C. Shepler et al. J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 1866
5. M. Beck A. Jackle G. Worth H.-D. Meyer Phys. Rep. 2000 324 1
6. Multidimensional Quantum Dynamics: MCTDH Theory and Applications, ed., H.-D. Meyer, F. Gatti, and, G. Worth, Wiley-VCH, Weinheim, 2009
7. O. Vendrell F. Gatti H.-D. Meyer Angew. Chem., Int. Ed. 2007 46 6918
8. O. Vendrell F. Gatti D. Lauvergnat H.-D. Meyer J. Chem. Phys. 2007 127 184302
9. O. Vendrell F. Gatti H.-D. Meyer J. Chem. Phys. 2007 127 184303
10. O. Vendrell M. Brill F. Gatti D. Lauvergnat H.-D. Meyer J. Chem. Phys. 2009 130 234305
11. O. Vendrell F. Gatti H.-D. Meyer J. Chem. Phys. 2009 131 034308
12. O. Vendrell F. Gatti H.-D. Meyer Angew. Chem., Int. Ed. 2009 48 352
13. R. Car M. Parrinello Phys. Rev. Lett. 1985 55 2471
14. D. Marx and J. Hutter, Ab Initio Molecular Dynamics: Basic Theory and Advanced Methods, Cambridge University Press, Cambridge, 2009
15. P.-L. Silvestrelli M. Bernasconi M. Parrinello Chem. Phys. Lett. 1997 277 478
16. J.-P. Hansen and I. R. McDonald, Theory of Simple Liquids, Academic Press, London, 1986
17. R. M. Stratt Acc. Chem. Res. 1995 28 201
18. M. Nonella G. Mathias P. Tavan J. Phys. Chem. A 2003 107 8638
19. M. Schmitz P. Tavan J. Chem. Phys. 2004 121 12247
20. M. Schmitz and P. Tavan, in Modern Methods for Theoretical Physical Chemistry of Biopolymers, ed., S. Tanaka, and, J. P. Lewis, Elsevier, Amsterdam, 2006, ch. 8, pp. 157-177
21. M. Bernasconi P.-L. Silvestrelli M. Parrinello Phys. Rev. Lett. 1998 81 1235
22. D. J. Tobias P. Jungwirth M. Parrinello J. Chem. Phys. 2001 114 7036
23. M.-P. Gaigeot M. J. Sprik J. Phys. Chem. B 2003 107 10344
24. M.-P. Gaigeot R. Vuilleumier M. J. Sprik D. Borgis J. Chem. Theory Comput. 2005 1 772
25. R. Iftimie M. E. Tuckerman J. Chem. Phys. 2005 122 214508
26. R. Iftimie M. E. Tuckerman Angew. Chem., Int. Ed. 2006 45 1144
27. M. Martinez M.-P. Gaigeot D. Borgis R. Vuilleumier J. Chem. Phys. 2006 125 144106
28. M.-P. Gaigeot M. Martinez R. Vuilleumier Mol. Phys. 2007 105 2857
29. A. Mardyukov E. Sanchez-Garcia P. Rodziewicz N. L. Doltsinis W. Sander J. Phys. Chem. A 2007 111 10552
30. M.-P. Gaigeot Phys. Chem. Chem. Phys. 2010 12 3336
31. M. Baer D. Marx G. Mathias Angew. Chem., Int. Ed. 2010 49 7346
32. M. Heyden J. Sun S. Funkner G. Mathias H. Forbert M. Havenith D. Marx Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 12068
33. F. Agostini R. Vuilleumier C. Ciccotti J. Chem. Phys. 2011 134 084302
34. F. Agostini R. Vuilleumier C. Ciccotti J. Chem. Phys. 2011 134 084303
35. M. Baer D. Marx G. Mathias ChemPhysChem 2011 12 1906
36. J. VandeVondele P. Tröster P. Tavan G. Mathias J. Phys. Chem. A 2012 116 2466
37. M. Heyden J. Sun H. Forbert G. Mathias M. Havenith D. Marx J. Phys. Chem. Lett. 2012 3 2135
38. R. Rousseau V. Kleinschmidt U. W. Schmitt D. Marx Angew. Chem., Int. Ed. 2004 43 4804
39. R. Rousseau V. Kleinschmidt U. W. Schmitt D. Marx Phys. Chem. Chem. Phys. 2004 6 1848
40. G. Mathias D. Marx Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 6980
41. M. Baer G. Mathias I.-F. W. Kuo D. J. Tobias C. J. Mundy D. Marx ChemPhysChem 2008 9 2703
42. R. Ramírez T. López-Ciudad P. Kumar D. Marx J. Chem. Phys. 2004 121 3973
43. A. Witt S. D. Ivanov M. Shiga H. Forbert D. Marx J. Chem. Phys. 2009 130 194510
44. D. A. McQuarrie, Statistical Mechanics, Harper & Row Publishers, New York, 1976
45. M. E. Tuckerman, Statistical Mechanics: Theory and Molecular Simulation, Oxford University Press, Oxford, 2010
46. A. B. McCoy T. K. Guasco C. M. Leavitt S. G. Olesen M. A. Johnson Phys. Chem. Chem. Phys. 2012 14 7205
47. R. G. Gordon J. Chem. Phys. 1965 43 1307
48. R. Kubo J. Phys. Soc. Jpn. 1957 12 570
49. R. Kubo, M. Toda and N. Hashitsume, Statistical Physics II, Springer-Verlag, Berlin, 1991
50. M. Cardona, in Light Scattering in Solids II, ed., M. Cardona, and, G. Güntherodt, Springer Verlag, Berlin, 1982, p. 58
51. R. Zwanzig Annu. Rev. Phys. Chem. 1969 16 67
52. R. P. Feynman and A. R. Hibbs, Quantum Mechanics and Path Integrals, McGraw-Hill, New York, 1965
53. R. P. Feynman, Statistical Mechanics, Addison-Wesley, Redwood City, 1972
54. H. Kleinert, Path Integrals in Quantum Mechanics, Statistics, Polymer Physics and Financial Markets, World Scientific, Singapore, 2004
55. M. J. Gillan, in Computer Modelling of Fluids, Polymers and Solids, ed., C. R. A. Catlow, S. C. Parker, and, M. P. Allen, Kluwer, Dordrecht, 1990
56. D. M. Ceperley Rev. Mod. Phys. 1995 67 279
57. C. Chakravarty Int. Rev. Phys. Chem. 1997 16 421
58. M. E. Tuckerman and A. Hughes, in Classical and Quantum Dynamics in Condensed Phase Simulations, ed., B. J. Berne, G. Ciccotti, and, D. F. Coker, World Scientific, Singapore, 1998
59. D. Marx M. H. Müser J. Phys.: Condens. Matter 1999 11 R117
60. M. E. Tuckerman, in Quantum simulations of complex many-body systems: from theory to algorithms, ed., J. Grotendorst, D. Marx, and, A. Muramatsu, John von Neumann Institute for Computing, Jülich, 2002, vol. 10 of NIC Series, pp. 269-298
61. M. E. Tuckerman, in Quantum simulations of complex many-body systems: from theory to algorithms, ed., J. Grotendorst, D. Marx, and, A. Muramatsu, John von Neumann Institute for Computing, Jülich, 2002, vol. 10 of NIC Series, pp. 299-324
62. L. D. Fosdick J. Math. Phys. 1962 3 1251
63. L. D. Fosdick H. F. Jordan Phys. Rev. 1966 143 58
64. H. F. Jordan L. D. Fosdick Phys. Rev. 1968 171 128
65. T. Morita J. Phys. Soc. Jpn. 1973 35 980
66. J. A. Barker J. Chem. Phys. 1979 70 2914
67. D. Chandler P. G. Wolynes J. Chem. Phys. 1981 74 4078
68. D. J. E. Callaway A. Rahman Phys. Rev. Lett. 1982 49 613
69. J. Polonyi H. W. Wyld Phys. Rev. Lett. 1983 51 2257
70. M. Parrinello A. Rahman J. Chem. Phys. 1984 80 860
71. B. D. Raedt M. Sprik M. L. Klein J. Chem. Phys. 1984 80 5719
72. R. W. Hall B. J. Berne J. Chem. Phys. 1984 81 3641
73. R. D. Coalson J. Chem. Phys. 1986 85 926
74. M. E. Tuckerman B. J. Berne G. J. Martyna M. L. Klein J. Chem. Phys. 1993 99 2796
75. G. J. Martyna J. Chem. Phys. 1996 104 2018
76. J. Cao G. J. Martyna J. Chem. Phys. 1996 104 2028
77. D. Marx M. E. Tuckerman G. J. Martyna Comput. Phys. Commun. 1999 118 166
78. G. J. Martyna M. L. Klein M. Tuckerman J. Chem. Phys. 1992 97 2635
79. J. Cao G. A. Voth J. Chem. Phys. 1993 99 10070
80. G. A. Voth Adv. Chem. Phys. 1996 93 135
81. B. J. Braams D. E. Manolopoulos J. Chem. Phys. 2006 125 124105
82. J. Hutter, et al., CPMD Program Package, www.cpmd.org
83. S. D. Ivanov A. Witt M. Shiga D. Marx J. Chem. Phys. 2010 132 031101
84. A. Witt S. D. Ivanov G. Mathias D. Marx J. Phys. Chem. Lett. 2011 2 1377
85. G. Mathias M. Baer J. Chem. Theory Comput. 2011 7 2028
86. L. van Hove Phys. Rev. 1954 95 249
87. G. Mathias S. D. Ivanov A. Witt M. Baer D. Marx J. Chem. Theory Comput. 2012 8 224
88. S. D. Ivanov O. Asvany A. Witt E. Hugo G. Mathias B. Redlich D. Marx S. Schlemmer Nat. Chem. 2010 2 298
89. J. P. Perdew A. Zunger Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1981 23 5048
90. A. D. Becke Phys. Rev. A 1988 38 3098
91. P. Kumar D. Marx Phys. Chem. Chem. Phys. 2006 8 573
92. D. Marx M. Parrinello Nature 1995 375 216
93. D. Marx A. Savin Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997 36 2077
94. D. Marx M. Parrinello Z. Phys. D: At., Mol. Clusters 1997 41 253
95. D. Marx M. Parrinello Science 1999 286 1051
96. O. Asvany P. Kumar B. Redlich I. Hegemann S. Schlemmer D. Marx Science 2005 309 1219
97. V. L. Tal'roze A. K. Lyubimova Dokl. Akad. Nauk SSSR 1952 86 909
98. D. P. Stevenson D. O. Schissler J. Chem. Phys. 1955 23 1353
99. G. A. Olah, G. K. S. Prakash, R. E. Williams, L. D. Field and K. Wade, Hypercarbon Chemistry, Wiley, New York, 1987, see in particular ch. 1, 5, and 7
100. G. A. Olah Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1995 34 1393
101. G. A. Olah G. Rasul Acc. Chem. Res. 1997 30 245
102. G. A. Olah J. Org. Chem. 2001 66 5943
103. G. A. Olah, G. K. S. Prakash and J. Sommer, Superacids, Wiley, New York, 1995, see in particular ch. 3 and 5
104. P. Ahlberg A. Karlsson A. Goeppert S. O. N. Lill P. Dinér J. Sommer Chem.-Eur. J. 2001 7 1936
105. S. Raugei M. L. Klein J. Phys. Chem. B 2002 106 11596
106. T. Oka Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A 1988 324 81
107. O. Asvany S. Schlemmer D. Gerlich Astrophys. J. 2004 617 685
108. E. Herbst J. Phys. Chem. A 2005 109 4017
109. D. Gerlich Phys. Chem. Chem. Phys. 2005 7 1583
110. B. Wang H. Hou J. Phys. Chem. A 2005 109 8537
111. H. Tachikawa A. J. Orr-Ewing J. Phys. Chem. A 2008 112 11575
112. M. D. Sefcik J. M. S. Henis P. P. Gaspar J. Chem. Phys. 1974 61 4321
113. R. D. Smith J. H. Futrell Chem. Phys. Lett. 1975 36 545
114. N. G. Adams D. Smith M. J. Henchman Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 1982 42 11
115. M. J. Henchman D. Smith N. G. Adams Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 1982 42 25
116. D. Smith N. G. Adams E. Alge J. Chem. Phys. 1982 77 1261
117. K. Hiraoka P. Kebarle J. Am. Chem. Soc. 1975 97 4179
118. K. Hiraoka T. Mori Chem. Phys. Lett. 1989 161 111
119. K. Hiraoka I. Kudaka S. Yamabe Chem. Phys. Lett. 1991 184 271
120. A. J. R. Heck L. J. de Koning N. M. M. Nibbering J. Am. Soc. Mass Spectrom. 1991 2 453
121. Z. Herman M. Henchman B. Friedrich J. Chem. Phys. 1990 93 4916
122. R. J. Saykally Science 1988 239 157
123. G. E. Scuseria Nature 1993 366 512
124. D. Marx M. Parrinello Science 1999 284 59
125. P. R. Schreiner Angew. Chem., Int. Ed. 2000 39 3239
126. S. Borman Chem. Eng. News 2005 83 45
127. S. Borman Chem. Eng. News 2005 83 15
128. A. B. McCoy Int. Rev. Phys. Chem. 2006 25 77
129. V. Dyczmons W. Kutzelnigg Theor. Chim. Acta 1974 33 239
130. P. R. Schreiner S.-J. Kim H. F. Schaefer III P. v. R. Schleyer J. Chem. Phys. 1993 99 3716
131. D. W. Boo Z. F. Liu A. G. Suits J. S. Tse Y. T. Lee Science 1995 269 57
132. E. T. White J. Tang T. Oka Science 1999 284 135
133. X. Huang A. B. McCoy J. M. Bowman L. M. Johnson C. Savage F. Dong D. J. Nesbitt Science 2006 311 60
134. G. A. Olah G. Klopman R. H. Schlosberg J. Am. Chem. Soc. 1969 91 3261
135. S. Ehrenson Chem. Phys. Lett. 1969 5 585
136. W. T. A. M. van der Lugt P. Ros Chem. Phys. Lett. 1969 4 389
137. V. Dyczmons V. Staemmler W. Kutzelnigg Chem. Phys. Lett. 1970 5 361
138. W. A. Lathan W. J. Hehre J. A. Pople Tetrahedron Lett. 1970 31 2699
139. W. A. Lathan W. J. Hehre J. A. Pople J. Am. Chem. Soc. 1971 93 808
140. W. A. Lathan W. J. Hehre L. A. Curtiss J. A. Pople J. Am. Chem. Soc. 1971 93 6377
141. P. C. Hariharan W. A. Lathan J. A. Pople Chem. Phys. Lett. 1972 14 385
142. J. A. Pople Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 1976 19 89
143. K. Raghavachari R. A. Whiteside J. A. Pople P. v. R. Schleyer J. Am. Chem. Soc. 1981 103 5649
144. D. J. DeFrees A. D. McLean J. Chem. Phys. 1985 82 333
145. E. Fois A. Gamba M. Simonetta Can. J. Chem. 1985 63 1468
146. A. Komornicki D. A. Dixon J. Chem. Phys. 1987 86 5625
147. W. Klopper W. Kutzelnigg J. Chem. Phys. 1990 94 5625
148. D. Talbi R. P. Saxon Astron. Astrophys. 1992 261 671
149. P. v. R. Schleyer J. W. de M. Carneiro J. Comput. Chem. 1992 13 997
150. S.-J. Kim P. R. Schreiner P. v. R. Schleyer H. F. Schaefer III J. Phys. Chem. 1993 97 12232
151. S. J. Collins P. J. O'Malley Chem. Phys. Lett. 1994 228 246
152. H. Müller W. Kutzelnigg J. Noga W. Klopper J. Chem. Phys. 1997 106 1863
153. S. Roszak J. Leszczynski Chem. Phys. Lett. 2000 323 278
154. A. Brown B. J. Braams K. Christoffel Z. Jin J. M. Bowman J. Chem. Phys. 2003 119 8790
155. A. B. McCoy B. J. Braams A. Brown X. Huang Z. Jin J. M. Bowman J. Phys. Chem. A 2004 108 4991
156. A. Brown A. B. McCoy B. J. Braams Z. Jin J. M. Bowman J. Chem. Phys. 2004 121 4105
157. A. L. Kaledin S. D. Kunikeev H. S. Taylor J. Phys. Chem. A 2004 108 4995
158. K. C. Thompson D. J. Crittenden M. J. T. Jordan J. Am. Chem. Soc. 2005 127 4954
159. Z. Jin B. J. Braams J. M. Bowman J. Phys. Chem. A 2006 110 1569
160. L. M. Johnson A. B. McCoy J. Phys. Chem. A 2006 110 8213
161. X. Huang L. M. Johnson J. M. Bowman A. B. McCoy J. Am. Chem. Soc. 2006 128 3478
162. C. E. Hinkle A. B. McCoy J. Phys. Chem. A 2008 112 2058
163. A. Witt S. D. Ivanov H. Forbert D. Marx J. Phys. Chem. A 2008 112 12510
164. N. B. Okulik N. M. Peruchena A. H. Jubert J. Phys. Chem. A 2006 110 9974
165. F. P. Fleming A. Barbosa P. M. Esteves J. Phys. Chem. A 2006 110 11903
166. C. E. Hinkle A. B. McCoy X. Huang J. M. Bowman J. Phys. Chem. A 2007 111 2033
167. F. P. Fleming A. G. H. Barbosa P. M. Esteves J. Phys. Chem. A 2007 111 2971
168. S. X. Tian J. Yang J. Phys. Chem. A 2006 111 415
169. K. M. Christoffel Z. Jin B. J. Braams J. M. Bowman J. Phys. Chem. A 2007 111 6658
170. J. E. Mann Z. Xie J. D. Savee B. J. Braams J. M. Bowman R. E. Continetti J. Am. Chem. Soc. 2008 130 3730
171. J. E. Mann Z. Xie J. D. Savee J. M. Bowman R. E. Continetti J. Phys. Chem. A 2010 114 11408
172. C. E. Hinkle A. B. McCoy J. Phys. Chem. Lett. 2010 1 562
173. M. Kaminska V. Zhaunerchyk E. Vigren M. Danielsson M. Hamberg W. D. Geppert M. Larsson S. Rosen R. D. Thomas J. Semaniak Phys. Rev. A 2010 81 062701
174. C. E. Hinkle A. B. McCoy J. Phys. Chem. A 2012 116 4687
175. M. Kolbuszewski P. R. Bunker J. Chem. Phys. 1996 105 3649
176. P. R. Bunker J. Mol. Spectrosc. 1996 176 297
177. A. L. L. East M. Kolbuszewski P. R. Bunker J. Phys. Chem. A 1997 101 6746
178. P. R. Bunker B. Ostojić S. Yurchenko J. Mol. Struct. 2004 695-696 253
179. M. P. Deskevich A. B. McCoy J. M. Hutson D. J. Nesbitt J. Chem. Phys. 2008 128 094306
180. X.-G. Wanga T. Carrington, Jr J. Chem. Phys. 2008 129 234102
181. C. E. Hinkle A. B. McCoy J. Phys. Chem. A 2009 113 4587
182. C. E. Hinkle A. S. Petit A. B. McCoy J. Mol. Spectrosc. 2011 268 189
183. J. S. Tse D. D. Klug K. Laasonen Phys. Rev. Lett. 1995 74 876
184. D. Marx M. Parrinello Z. Phys. B (Rapid Note) 1994 95 143
185. D. Marx and J. Hutter, in Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry, ed., J. Grotendorst, John von Neumann Institute for Computing, Jülich, 2nd edn, 2000, vol. 3 of NIC Series, pp. 329-477
186. L. Knoll Z. Vager D. Marx Phys. Rev. A 2003 67 022506
187. D. W. Boo Y. T. Lee Chem. Phys. Lett. 1993 211 358
188. D. W. Boo Y. T. Lee J. Chem. Phys. 1995 103 520
189. +: A Progress Report, unpublished work presented at the International Symposium on Molecular Spectroscopy 60th Meeting, Ohio, June 20-24, 2005, http://molspect.chemistry.ohio-state.edu/symposium-60/ symposium/Program/MG.html
190. +Spectroscopy from a Particle-on-a-Sphere Model and M. P. Deskevich, C. Savage and D. J. Nesbitt, Particles-on-a-Sphere: A reduced dimensional approach to large-amplitude motion for polyatomic hydrides, unpublished work presented at the International Symposium on Molecular Spectroscopy 60th Meeting, Ohio, June 20-24, 2005, http://molspect.chemistry. ohio-state.edu/symposium-60/symposium/Program/TJ.html
191. M. P. Deskevich D. J. Nesbitt J. Chem. Phys. 2005 123 084304
192. S. Schlemmer T. Kuhn E. Lescop D. Gerlich Int. J. Mass Spectrom. 1999 185 589
193. S. Schlemmer E. Lescop J. von Richthofen D. Gerlich M. A. Smith J. Chem. Phys. 2002 117 2068
194. O. Asvany T. Giesen B. Redlich S. Schlemmer Phys. Rev. Lett. 2005 94 073001
195. D. Oepts A. F. G. van der Meer P. W. van Amersfoort Infrared Phys. Technol. 1995 36 297
196. S. Schlemmer O. Asvany J. Phys.: Conf. Ser. 2005 4 134
197. + und sein IR-Spektrum: Eine molekulardynamische Studie, Diplomarbeit, Ruhr-Universität Bochum, 2001
198. M. P. Deskevich D. J. Nesbitt J. Chem. Phys. 2005 123 084304
199. O. Asvany J. Krieg S. Schlemmer Rev. Sci. Instrum. 2012 83 093110
200. F. Paesani G. A. Voth J. Chem. Phys. 2010 132 014105
201. J.-H. Choi M. Cho J. Chem. Theory Comput. 2011 7 4097
202. M. K. Ghosh J. Lee C. H. Choi M. Cho J. Phys. Chem. A 2012 116 8965
203. A. Witt S. D. Ivanov D. Marx Phys. Rev. Lett. 2013 110 083003