Simulating one-photon absorption and resonance raman scattering spectra using analytical excited state energy gradients within time-dependent density functional theory

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 9, Issue 12, 2013, Pages 5490-5503

  Silverstein, Daniel W ^a   Govind, Niranjan ^b   Van Dam, Hubertus J J ^b   Jensen, Lasse ^a  

^a PENNSYLVANIA STATE UNIVERSITY   (United States)

^b PACIFIC NORTHWEST NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 84890527698     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct4007772     Document Type: Article

References (133)

1. Morton, S. M.; Silverstein, D. W.; Jensen, L. Chem. Rev. 2011, 111, 3962-3994
2. Helgaker, T.; Coriani, S.; Jørgensen, P.; Kristensen, K.; Olsen, J.; Ruud, K. Chem. Rev. 2012, 112, 543-631
3. Champagne, B.; Plaquet, A.; Pozzo, J.-L.; Rodriguez, V.; Castet, F. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8101-8103
4. Kulesza, A.; Mitrić, R.; Bonačić-Koutecký, V. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 3783-3788
5. Nielsen, K. A.; Sarova, G. H.; Martín-Gomis, L.; Stein, P. C.; Sanguinet, L.; Levillain, E.; Sessler, J. L.; Guldi, D. M.; Sastre-Santos, á.; Jeppesen, J. O. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 460-462
6. Yuan, H.; Chong, H.; Wang, B.; Zhu, C.; Liu, L.; Yang, Q.; Lv, F.; Wang, S. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 13184-13187
7. Zhang, J.; Wong, K.-L.; Wong, W.-K.; Mak, N.-K.; Kwong, D. W. J.; Tam, H.-L. Org. Biomol. Chem. 2011, 9, 6004-6010
8. Uppal, R.; Ciesienski, K. L.; Chonde, D. B.; Loving, G. S.; Caravan, P. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 10799-10802
9. Liu, Z.; Zhang, C.; He, W.; Qian, F.; Yang, X.; Gao, X.; Guo, Z. New J. Chem. 2010, 34, 656
10. Picot, A.; D'Aléo, A.; Baldeck, P. L.; Grichine, A.; Duperray, A.; Andraud, C.; Maury, O. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 1532-1533
11. Egolf, D. S.; Waterland, M. R.; Myers Kelley, A. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 10727-10737
12. Kleinman, S. L.; Ringe, E.; Valley, N.; Wustholz, K. L.; Phillips, E.; Scheidt, K. A.; Schatz, G. C.; Van Duyne, R. P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 4115-4122
13. Kamarchik, E.; Krylov, A. I. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 488-492
14. Petrenko, T.; Krylova, O.; Neese, F.; Sokolowski, M. New J. Phys. 2009, 11, 015001
15. Milojevich, C. B.; Silverstein, D. W.; Jensen, L.; Camden, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 14590-14592
16. Runge, E.; Gross, E. K. U. Phys. Rev. Lett. 1984, 52, 997-1000
17. Casida, M. E. In Recent Advances in Density Functional Methods, Part I; Chong, D. P., Ed.; World Scientific: Singapore, 1995; Recent Advances in Computational Chemistry, Vol. 1, Chapter 5, pp 155-192.
18. Casida, M. E. In Recent Developments and Applications of Modern Density Functional Theory; Seminario, J. M., Ed.; Elsevier: Amsterdam, 1996; Theoretical and Computational Chemistry, Vol. 4, pp 391-439.
19. Hirata, S.; Head-Gordon, M. Chem. Phys. Lett. 1999, 314, 291
20. Stratmann, R. E.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. J. Chem. Phys. 1998, 109, 8218-8224
21. Masunov, A.; Tretiak, S. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 899-907
22. Zhao, L. L.; Jensen, L.; Schatz, G. C. Nano Lett. 2006, 6, 1229-1234
23. Aikens, C. M. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 10811-10817
24. Marques, M. A. L.; Gross, E. K. U. Annu. Rev. Phys. Chem. 2004, 55, 427-455
25. Casida, M.; Huix-Rotllant, M. Annu. Rev. Phys. Chem. 2012, 63, 287-323
26. Ray, K.; DeBeer George, S.; Solomon, E. I.; Wieghardt, K.; Neese, F. Chem.-Eur. J. 2007, 13, 2783-2797
27. Stener, M.; Fronzoni, G.; de Simone, M. Chem. Phys. Lett. 2003, 373, 115-123
28. Besley, N. A.; Asmuruf, F. A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12024-12039
29. Liang, W.; Fischer, S. A.; Frisch, M. J.; Li, X. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 3540-3547
30. Lopata, K.; Van Kuiken, B. E.; Khalil, M.; Govind, N. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 3284-3292
31. Van Kuiken, B. E.; Valiev, M.; Daifuku, S. L.; Bannan, C.; Strader, M. L.; Cho, H.; Huse, N.; Schoenlein, R. W.; Govind, N.; Khalil, M. J. Phys. Chem. A 2013, 117, 4444-4454
32. Van Caillie, C.; Amos, R. D. Chem. Phys. Lett. 1999, 308, 249-255
33. Van Caillie, C.; Amos, R. D. Chem. Phys. Lett. 2000, 317, 159-164
34. Amos, R. D. Chem. Phys. Lett. 2002, 364, 612-615
35. Burcl, R.; Amos, R. D.; Handy, N. C. Chem. Phys. Lett. 2002, 355, 8-18
36. Furche, F.; Ahlrichs, R. J. Chem. Phys. 2002, 117, 7433-7447
37. Rappoport, D.; Furche, F. J. Chem. Phys. 2005, 122, 064105
38. Hutter, J. J. Chem. Phys. 2003, 118, 3928-3934
39. Odelius, M.; Laikov, D.; Hutter, J. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 2003, 630, 163-175
40. Seth, M.; Mazur, G.; Ziegler, T. Theor. Chem. Acc. 2011, 129, 331-342
41. Petrenko, T.; Kossmann, S.; Neese, F. J. Chem. Phys. 2011, 134, 054116
42. Chiba, M.; Tsuneda, T.; Hirao, K. J. Chem. Phys. 2006, 124, 144106
43. Nguyen, K. A.; Day, P. N.; Pachter, R. Int. J. Quantum Chem. 2010, 110, 2247-2255
44. Liu, F.; Gan, Z.; Shao, Y.; Hsu, C.-P.; Dreuw, A.; Head-Gordon, M.; Miller, B. T.; Brooks, B. R.; Yu, J.-G.; Furlani, T. R.; Kong, J. Mol. Phys. 2010, 108, 2791-2800
45. Liu, J.; Liang, W. Z. J. Chem. Phys. 2011, 134, 044114
46. Scalmani, G.; Frisch, M. J.; Mennucci, B.; Tomasi, J.; Cammi, R.; Barone, V. J. Chem. Phys. 2006, 124, 094107
47. Marenich, A. V.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G.; Guido, C. A.; Mennucci, B.; Scalmani, G.; Frisch, M. J. Chem. Sci. 2011, 2, 2143-2161
48. Si, D.; Li, H. J. Chem. Phys. 2010, 133, 144112
49. Minezawa, N.; Silva, N. D.; Zahariev, F.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 2011, 134, 054111
50. Doltsinis, N. L.; Kosov, D. S. J. Chem. Phys. 2005, 122, 144101
51. Ismail-Beigi, S.; Louie, S. G. Phys. Rev. Lett. 2003, 90, 076401
52. Sitt, A.; Kronik, L.; Ismail-Beigi, S.; Chelikowsky, J. R. Phys. Rev. A 2007, 76, 054501
53. Petrenko, T.; Neese, F. J. Chem. Phys. 2012, 137, 234107
54. Ma, H.; Liu, J.; Liang, W. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 4474-4482
55. Savarese, M.; Aliberti, A.; De Santo, I.; Battista, E.; Causa, F.; Netti, P. A.; Rega, N. J. Phys. Chem. A 2012, 116, 7491-7497
56. Avila Ferrer, F. J.; Cerezo, J.; Stendardo, E.; Improta, R.; Santoro, F. J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 2072-2082
57. Kupfer, S.; Guthmuller, J.; González, L. J. Chem. Theory Comput. 2012, 9, 543-554
58. Poizat, O.; Sourisseau, C. J. Phys. Chem. 1984, 88, 3007-3014
59. Shim, S.; Stuart, C. M.; Mathies, R. A. ChemPhysChem 2008, 9, 697-699
60. Angeloni, L.; Smulevich, G.; Marzocchi, M. P. J. Raman Spectrosc. 1979, 8, 305-310
61. Lueck, H. B.; McHale, J. L.; Edwards, W. D. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 2342-2348
62. Ibrahim, M.; Xu, C.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 16834-16845
63. Ruban, A. V.; Berera, R.; Ilioaia, C.; van Stokkum, I. H. M.; Kennis, J. T. M.; Pascal, A. A.; van Amerongen, H.; Robert, B.; Horton, P.; van Grondelle, R. Nature 2007, 450, 575-578
64. Balakrishnan, G.; Jarzecki, A. A.; Wu, Q.; Kozlowski, P. M.; Wang, D.; Spiro, T. G. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 9387-9395
65. Markel, F.; Ferris, N. S.; Gould, I. R.; Myers, A. B. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 6208-6219
66. Lilichenko, M.; Tittelbach-Helmrich, D.; Verhoeven, J. W.; Gould, I. R.; Myers, A. B. J. Chem. Phys. 1998, 109, 10958-10969
67. Zong, Y.; McHale, J. L. J. Chem. Phys. 1997, 106, 4963-4972
68. Zong, Y.; McHale, J. L. J. Chem. Phys. 1997, 107, 2920-2929
69. Valiev, M.; Bylaska, E.; Govind, N.; Kowalski, K.; Straatsma, T.; Van Dam, H.; Wang, D.; Nieplocha, J.; Apra, E.; Windus, T.; de Jong, W. Comput. Phys. Commun. 2010, 181, 1477-1489
70. Heller, E. J. J. Chem. Phys. 1975, 62, 1544-1555
71. Heller, E. J. J. Chem. Phys. 1976, 64, 63-73
72. Lee, S.-Y.; Heller, E. J. J. Chem. Phys. 1979, 71, 4777-4788
73. Tannor, D. J.; Heller, E. J. J. Chem. Phys. 1982, 77, 202-218
74. Heller, E. J. Acc. Chem. Res. 1981, 14, 368-375
75. Heller, E. J.; Sundberg, R.; Tannor, D. J. Phys. Chem. 1982, 86, 1822-1833
76. Duschinsky, F. Acta Phys. U.R.S.S. 1937, 7, 551-556
77. Neugebauer, J.; Hess, B. A. J. Chem. Phys. 2004, 120, 11564
78. Petrenko, T.; Neese, F. J. Chem. Phys. 2007, 127, 164319
79. Kane, K. A.; Jensen, L. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 5540-5546
80. Guthmuller, J.; Champagne, B. ChemPhysChem 2008, 9, 1667-1669
81. Guthmuller, J.; Champagne, B. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 3215-3223
82. Jarzȩki, A. A. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 2926-2934
83. Milojevich, C. B.; Silverstein, D. W.; Jensen, L.; Camden, J. P. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 3046-3054
84. Reiher, M.; Neugebauer, J.; Hess, B. A. Z. Phys. Chem. 2003, 217, 91-103
85. Silverstein, D. W. Applications of Time-dependent Quantum Mechanics to Resonantly-enhanced Linear and Nonlinear Optical Processes. Ph.D. Thesis, The Pennsylvania State University, University Park, PA, 2013.
86. Silverstein, D. W.; Jensen, L. TDSPEC: Time-Dependent Spectroscopic Simulations of Linear and Nonlinear Optical Processes. The Pennsylvania State University, University Park, PA, 2011.
87. Grimme, S. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1787-1799
88. Besler, B. H.; Scuseria, G. E.; Scheiner, A. C.; Schaefer, H. F. J. Chem. Phys. 1988, 89, 360-366
89. Stanton, J. F.; Watts, J. D.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 1991, 94, 404-413
90. Scott, A. P.; Radom, L. J. Phys. Chem. 1996, 100, 16502-16513
91. Alecu, I. M.; Zheng, J.; Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 2872-2887
92. Kowalczyk, T.; Tsuchimochi, T.; Chen, P.-T.; Top, L.; Voorhis, T. V. J. Chem. Phys. 2013, 138, 164101
93. Itoh, T. J. Mol. Struct. 2010, 261, 53-58
94. Itoh, T. J. Mol. Struct. 2008, 252, 115-120
95. Ernsting, N. P.; Asimov, M.; Schäfer, F. P. Chem. Phys. Lett. 1982, 91, 231-235
96. Haucke, G.; Graness, G. Angew. Chem., Int. Ed. 1995, 34, 67-68
97. Creemers, T. M. H.; Lock, A. J.; Subramaniam, V.; Jovin, T. M.; Völker, S. Nat. Struct. Biol. 1999, 6, 557-560
98. Ma, Y.; Rohlfing, M.; Molteni, C. J. Chem. Theory Comput. 2009, 6, 257-265
99. Williams, R.; Goldsmith, G. J. J. Chem. Phys. 1963, 39, 2008-2011
100. Eastwood, D.; Edwards, L.; Gouterman, M.; Steinfeld, J. J. Mol. Struct. 1966, 20, 381-390
101. Jacquemin, D.; Planchat, A.; Adamo, C.; Mennucci, B. J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 2359-2372
102. Silva, D. L.; Murugan, N. A.; Kongsted, J.; Rinkevicius, Z.; Canuto, S.; Ågren, H. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 8169-8181
103. Lange, A. W.; Herbert, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3913-3922
104. Silverstein, D. W.; Jensen, L. J. Chem. Phys. 2010, 132, 194302
105. Govind, N.; Valiev, M.; Jensen, L.; Kowalski, K. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 6041-6043
106. Jensen, L.; Govind, N. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 9761-9765
107. Andzelm, J.; Rinderspacher, B. C.; Rawlett, A.; Dougherty, J.; Baer, R.; Govind, N. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2835-2846
108. Kowalski, K.; Krishnamoorthy, S.; Villa, O.; Hammond, J. R.; Govind, N. J. Chem. Phys. 2010, 132, 154103
109. Glaesemann, K. R.; Govind, N.; Krishnamoorthy, S.; Kowalski, K. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 8764-8771
110. Lopata, K.; Govind, N. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 1344-1355
111. Lopata, K.; Reslan, R.; Kowalska, M.; Neuhauser, D.; Govind, N.; Kowalski, K. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 3686-3693
112. Refaely-Abramson, S.; Sharifzadeh, S.; Govind, N.; Autschbach, J.; Neaton, J. B.; Baer, R.; Kronik, L. Phys. Rev. Lett. 2012, 109, 226405
113. Stein, T.; Autschbach, J.; Govind, N.; Kronik, L.; Baer, R. J. Phys. Chem. Lett. 2012, 3, 3740-3744
114. Dreuw, A.; Head-Gordon, M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 126, 4007-4016
115. Silverstein, D. W.; Jensen, L. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 2845-2855
116. Sander, W.; Roy, S.; Polyak, I.; Ramirez-Anguita, J. M.; Sanchez-Garcia, E. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8222-8230
117. Engström, M.; Himo, F.; Gräslund, A.; Minaev, B.; Vahtras, O.; Ågren, H. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 5149-5153
118. Nugent, J. H.; Ball, R. J.; Evans, M. C. Biochim. Biophys. Acta 2004, 1655, 217-221
119. Herbinet, O.; Husson, B.; Ferrari, M.; Glaude, P.-A.; Battin-Leclerc, F. Proc. Combust. Inst. 2013, 34, 297-305
120. Radziszewski, J. G.; Gil, M.; Gorski, A.; Spanget-Larsen, J.; Waluk, J.; Mróz, B. J. J. Chem. Phys. 2001, 115, 9733-9738
121. Dierksen, M.; Grimme, S. J. Chem. Phys. 2004, 120, 3544-3554
122. Santoro, F.; Cappelli, C.; Barone, V. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 1824-1839
123. Tripathi, G.; Schuler, R. H. Chem. Phys. Lett. 1983, 98, 594-596
124. Tripathi, G. N. R.; Schuler, R. H. J. Chem. Phys. 1984, 81, 113
125. Doltsinis, N. L.; Markwick, P. R. L.; Nieber, H.; Langer, H. In Challenges and Advances In Computational Chemistry and Physics; Shukla, M. K.; Leszczynski, J., Eds.; Springer: Netherlands, 2008; Vol. 5, pp 265-299.
126. Gustavsson, T.; Bányász, á.; Lazzarotto, E.; Markovitsi, D.; Scalmani, G.; Frisch, M. J.; Barone, V.; Improta, R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 128, 607-619
127. Witlicki, E. H.; Hansen, S. W.; Christensen, M.; Hansen, T. S.; Nygaard, S. D.; Jeppesen, J. O.; Wong, E. W.; Jensen, L.; Flood, A. H. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 9450-9457
128. Jensen, L.; Schatz, G. C. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 5973-5977
129. Milojevich, C. B.; Silverstein, D. W.; Jensen, L.; Camden, J. P. ChemPhysChem 2011, 12, 101-103
130. Dixon, J. M.; Taniguchi, M.; Lindsey, J. S. Photochem. Photobiol. 2005, 81, 212-213
131. Sałek, P.; Vahtras, O.; Helgaker, T.; Ågren, H. J. Chem. Phys. 2002, 117, 9630-9645
132. Paterson, M. J.; Christiansen, O.; Pawlowski, F.; Jørgensen, P.; Hättig, C.; Helgaker, T.; Sałek, P. J. Chem. Phys. 2006, 124, 054322
133. Chinook computer system. See http://www.emsl.pnl.gov/capabilities/ computing/msc/supercomputing/supercomputer.jsp.