A detailed comparison of the time-dependent wave packet method using the split operator propagator and recently introduced Chebyshev real wave packet approach for calculating reactive scattering processes is reported. As examples, the state-to-state differential cross sections of the H+HD(v0=0,j0=1)HD+H/HH+D reaction, the state-to-state reaction probabilities of the O16+O352(v0=0,j0=0)O17+O16O18/O18+O16O17 reaction, the H+O2O+HO reaction, and the F+HDHF+D reaction are calculated, using an efficient reactant-coordinate-based method on an L-shape grid which allows the extraction of the state-to-state information of the two product channels simultaneously. These four reactions have quite different dynamic characteristics and thus provide a comprehensive picture of the relative advantages of these two propagation methods for describing reactive scattering dynamics. The results indicate that the Chebyshev real wave packet method is typically more accurate, particularly for reactions dominated by long-lived resonances. However, the split operator approach is often more cost effective, making it a method of choice for fast reactions. In addition, our results demonstrate accuracy of the reactant-coordinate-based method for extracting state-to-state information.

1.
J. Z. H.
Zhang
,
Theory and Application of Quantum Molecular Dynamics
(
World Scientific
,
Singapore
,
1999
).
2.
S. C.
Althorpe
and
D. C.
Clary
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
54
,
493
(
2003
).
3.
H.
Tal-Ezer
and
R.
Kosloff
,
J. Chem. Phys.
81
,
3967
(
1984
).
4.
M. D.
Feit
,
J. A.
Fleck
, Jr.
, and
A.
Steiger
,
J. Comput. Phys.
47
,
412
(
1982
).
5.
J. A.
Fleck
, Jr.
,
J. R.
Morris
, and
M. D.
Feit
,
Ann. Phys.
10
,
129
(
1976
).
6.
D. H.
Zhang
and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
101
,
3671
(
1994
).
7.
M.
Yang
,
D. H.
Zhang
, and
S. -Y.
Lee
,
J. Chem. Phys.
117
,
9539
(
2002
).
8.
K. J.
Yuan
,
Y.
Cheng
,
X. H.
Liu
,
S.
Harich
, and
X. M.
Yang
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
103202
(
2006
).
9.
B.
Fu
and
D. H.
Zhang
,
J. Phys. Chem. A
111
,
9516
(
2007
).
10.
Z.
Sun
,
D. H.
Zhang
,
C.
Xu
,
S.
Zhou
,
D.
Xie
,
G.
Lendvay
,
S. Y.
Lee
,
S. -Y.
Lin
, and
H.
Guo
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
114319
(
2008
).
11.
Z.
Sun
,
S. -Y.
Lee
, and
D. H.
Zhang
,
J. Phys. Chem. A
113
,
4145
(
2009
).
12.
Y.
Huang
,
D. J.
Kouri
, and
D. K.
Hoffman
,
Chem. Phys. Lett.
225
,
37
(
1994
).
13.
Y.
Huang
,
D. J.
Kouri
, and
D. K.
Hoffman
,
J. Chem. Phys.
101
,
10493
(
1994
).
14.
W.
Zhu
,
Y.
Huang
,
D. J.
Kouri
,
C.
Chandler
, and
D. K.
Hoffman
,
Chem. Phys. Lett.
217
,
73
(
1994
).
15.
V. A.
Mandelshtam
,
T. P.
Grozdanov
, and
H. S.
Taylor
,
J. Chem. Phys.
103
,
10074
(
1995
).
16.
V. A.
Mandelshtam
and
H. S.
Taylor
,
J. Chem. Phys.
107
,
6756
(
1997
).
17.
V. A.
Mandelshtam
and
H. S.
Taylor
,
J. Chem. Phys.
106
,
5085
(
1997
).
18.
R.
Chen
and
H.
Guo
,
J. Chem. Phys.
105
,
1311
(
1996
).
19.
R.
Chen
and
H.
Guo
,
J. Chem. Phys.
111
,
464
(
1999
).
20.
V. A.
Mandelshtam
and
H. S.
Taylor
,
J. Chem. Phys.
103
,
2903
(
1995
).
21.
V. A.
Mandelshtam
and
H. S.
Taylor
,
J. Chem. Phys.
102
,
7390
(
1995
).
22.
S. C.
Althorpe
,
J. Chem. Phys.
114
,
1601
(
2001
).
23.
S. K.
Gray
and
G. G.
Balint-Kurti
,
J. Chem. Phys.
108
,
950
(
1998
).
24.
S. Y.
Lin
and
H.
Guo
,
Phys. Rev. A
74
,
022703
(
2006
).
25.
M.
Hankel
,
S. C.
Smith
,
R. J.
Allan
,
S. K.
Gray
, and
G. G.
Balint-Kurti
,
J. Chem. Phys.
125
,
164303
(
2006
).
26.
H.
Guo
, in
Chemical Reaction Dynamics
, edited by
A.
Laganá
and
G.
Lendvay
(
Kluwer Academic
,
Dordrecht
,
2004
).
27.
E. M.
Goldfield
and
S. K.
Gray
,
Adv. Chem. Phys.
136
,
1
(
2007
).
28.
G. G.
Balint-Kurti
,
Int. Rev. Phys. Chem.
27
,
507
(
2008
).
29.
S. C.
Althorpe
,
Nature (London)
416
,
67
(
2002
).
30.
S. Y.
Lin
and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. A
107
,
7197
(
2003
).
31.
S. Y.
Lin
,
L.
Bañares
, and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. A
111
,
2376
(
2007
).
32.
S. Y.
Lin
,
Z. G.
Sun
,
H.
Guo
,
D. H.
Zhang
,
P.
Honvault
,
D.
Xie
, and
S. -Y.
Lee
,
J. Phys. Chem. A
112
,
602
(
2008
).
33.
S. Y.
Lin
and
H.
Guo
,
J. Chem. Phys.
129
,
124311
(
2008
).
34.
R.
Chen
and
H.
Guo
,
J. Chem. Phys.
105
,
3569
(
1996
).
35.
G. -J.
Kroes
and
D.
Neuhauser
,
J. Chem. Phys.
105
,
8690
(
1996
).
36.
37.
M. R.
Wall
and
D.
Neuhauser
,
J. Chem. Phys.
102
,
8011
(
1995
).
38.
G. C.
Schatz
and
A.
Kuppermann
,
J. Chem. Phys.
65
,
4642
(
1976
).
39.
R. T.
Pack
and
G. A.
Packer
,
J. Chem. Phys.
87
,
3888
(
1987
).
40.
R.
Chen
and
H.
Guo
,
Comput. Phys. Commun.
119
,
19
(
1999
).
41.
D. H.
Zhang
and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
99
,
5615
(
1993
).
42.
D. H.
Zhang
and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
100
,
2697
(
1994
).
43.
Z. T.
Cai
,
D. H.
Zhang
and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
100
,
5631
(
1994
).
44.
D. M.
Brink
and
G. R.
Satchler
,
Angular Momentum
, 2nd ed. (
Clarendon
,
Oxford
,
1968
).
45.
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
94
,
6047
(
1991
).
46.
R. N.
Zare
,
Angular Momentum
(
Wiley
,
New York
,
1988
).
47.
J. Z. H.
Zhang
and
W. H.
Miller
,
J. Chem. Phys.
91
,
1528
(
1989
).
48.
E. J.
Rackham
,
T.
Gonzalez-Lezana
, and
D. E.
Manolopoulos
,
J. Chem. Phys.
119
,
12895
(
2003
).
49.
R. C.
Mowrey
,
J. Chem. Phys.
94
,
7098
(
1991
).
50.
J. C.
Light
,
I. P.
Hamilton
, and
J. V.
Lill
,
J. Chem. Phys.
82
,
1400
(
1985
).
51.
G. G.
Balint-Kurti
,
A. I.
Gonzalez
,
E. M.
Goldfield
, and
S. K.
Gray
,
Faraday Discuss.
110
,
169
(
1998
).
52.
W. T.
Yang
and
A. C.
Peet
,
Chem. Phys. Lett.
153
,
98
(
1988
).
53.
T.
Peng
,
W.
Zhu
,
D. Y.
Wang
, and
J. Z. H.
Zhang
,
Faraday Discuss.
110
,
159
(
1998
).
54.
T.
Peng
and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
105
,
6072
(
1996
).
55.
W.
Zhu
,
T.
Peng
, and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
106
,
1742
(
1997
).
56.
S.
Gómez-Carrasco
and
O.
Roncero
,
J. Chem. Phys.
125
,
054102
(
2006
).
57.
D.
Skouteris
,
J. F.
Castillo
, and
D. E.
Manolopoulos
,
J. Comput. Phys.
133
,
128
(
2000
).
58.
W. H.
Miller
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
41
,
245
(
1990
).
59.
F. J.
Aoiz
,
L.
Bañares
, and
V. J.
Herrero
,
Int. Rev. Phys. Chem.
24
,
119
(
2005
).
60.
L.
Bañares
,
F. J.
Aoiz
,
V. J.
Herrero
,
M. J.
D’Mello
,
B.
Niederjohann
,
K.
Seekamp-Rahn
,
E.
Wrede
, and
L.
Schnieder
,
J. Chem. Phys.
108
,
6160
(
1998
).
61.
A. I.
Boothroyd
,
W. J.
Keogh
,
P. G.
Martin
, and
M. R.
Peterson
,
J. Chem. Phys.
104
,
7139
(
1996
).
62.
S. A.
Harich
,
D. X.
Dai
,
X. M.
Yang
,
S. D.
Chao
, and
R. T.
Skodje
,
Nature (London)
419
,
281
(
2002
).
63.
D. X.
Dai
,
C. C.
Wang
,
S. A.
Harich
,
X. Y.
Wang
,
X. M.
Yang
,
S. D.
Chao
, and
R. T.
Skodje
,
Science
300
,
1730
(
2003
).
64.
S. L.
Mielke
,
B. C.
Garrett
, and
K. A.
Peterson
,
J. Chem. Phys.
116
,
4142
(
2002
).
65.
S. L.
Mielke
,
K. A.
Peterson
,
D. W.
Schwenke
,
B. C.
Garret
,
D. G.
Truhlar
,
J. V.
Michael
,
M. -C.
Su
, and
J. W.
Sutherland
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
063201
(
2003
).
66.
S. D.
Chao
,
S. A.
Harich
,
D. X.
Dai
,
C. C.
Wang
,
X. M.
Yang
, and
R. T.
Skodje
,
J. Chem. Phys.
117
,
8341
(
2002
).
67.
S. A.
Harich
,
D. X.
Dai
,
X. M.
Yang
,
S. D.
Chao
, and
R. T.
Skodje
,
J. Chem. Phys.
116
,
4769
(
2002
).
68.
R. P.
Wayne
,
Chemistry in Atomospheres
(
Oxford University Press
,
Oxford
,
1991
).
69.
A. L. V.
Van Wyngarden
,
K. A.
Mar
,
K. A.
Boering
,
J. J.
Lin
,
Y. T.
Lee
,
S. -Y.
Lin
,
H.
Guo
, and
G.
Lendvay
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
2866
(
2007
).
70.
D.
Babikov
,
B. K.
Kendrick
,
P. B.
Walker
,
R. T.
Pack
,
P.
Fleurat-Lessard
, and
R.
Schinke
,
J. Chem. Phys.
119
,
2577
(
2003
).
71.
K. -L.
Yeh
,
D.
Xie
, and
D. H.
Zhang
,
J. Phys. Chem. A
107
,
7215
(
2003
).
72.
S. Y.
Lin
and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. A
110
,
5305
(
2006
).
73.
J. A.
Miller
,
R. J.
Kee
, and
C. K.
Westbrook
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
41
,
345
(
1990
).
74.
M. R.
Pastrana
,
L. A. M.
Quintales
,
J.
Brandao
, and
A. J. C.
Varandas
,
J. Phys. Chem.
94
,
8073
(
1990
).
75.
L. B.
Harding
,
A. I.
Maergoiz
,
J.
Troe
, and
V. G.
Ushakov
,
J. Chem. Phys.
113
,
11019
(
2000
).
76.
C. X.
Xu
,
D. H.
Zhang
,
D.
Xie
,
S. Y.
Lin
, and
H.
Guo
,
J. Chem. Phys.
122
,
244305
(
2005
).
77.
S. Y.
Lin
,
D.
Xie
, and
H.
Guo
,
J. Chem. Phys.
125
,
091103
(
2006
).
78.
C.
Xu
,
B.
Jiang
,
D.
Xie
,
S. C.
Farantos
,
S. Y.
Lin
, and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. A
111
,
10353
(
2007
).
79.
S. Y.
Lin
,
H.
Guo
,
P.
Honvault
, and
D.
Xie
,
J. Phys. Chem. B
110
,
23641
(
2006
).
80.
S. Y.
Lin
,
E. J.
Rackham
, and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. A
110
,
1534
(
2006
).
81.
M.
Hankel
,
S. C.
Smith
, and
A. J. H. M.
Meijer
,
J. Chem. Phys.
127
,
064316
(
2007
).
82.
P.
Honvault
,
S. Y.
Lin
,
D.
Xie
, and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. A
111
,
5349
(
2007
).
83.
C. L.
Leforestier
,
R. H.
Bisseling
,
C.
Cerjan
,
M. D.
Feit
,
R.
Friesner
,
A.
Guldberg
,
A.
Hammerich
,
G.
Jolicard
,
W.
Karrlein
,
H. -D.
Meyer
,
N.
Lipkin
,
O.
Roncero
, and
R.
Kosloff
,
J. Comput. Phys.
94
,
59
(
1991
).
84.
G. C.
Schatz
,
J. M.
Bowman
, and
A.
Kuppermann
,
J. Chem. Phys.
58
,
4023
(
1973
).
85.
S. -F.
Wu
,
B. R.
Johnson
, and
R. D.
Levine
,
Mol. Phys.
25
,
839
(
1973
).
86.
D. M.
Neumark
,
A. M.
Wodtke
,
G. N.
Robinson
,
C. C.
Hayden
, and
Y. T.
Lee
,
Phys. Rev. Lett.
53
,
226
(
1984
).
87.
D. E.
Manolopoulos
,
K.
Stark
,
H. -J.
Werner
,
D. W.
Arnold
,
S. E.
Bradford
, and
D. M.
Neumark
,
Science
262
,
1852
(
1993
).
88.
W. B.
Chapman
,
B. W.
Blackmon
, and
D. J.
Nesbitt
,
J. Chem. Phys.
107
,
8193
(
1997
).
89.
G.
Lynch
,
R.
Steckler
,
D. W.
Schwenke
,
A. J. C.
Varandas
, and
D. G.
Truhlar
,
J. Chem. Phys.
94
,
7136
(
1991
).
90.
F. J.
Aoiz
,
L.
Banares
,
V. J.
Herrero
,
V. S.
Rabanos
,
K.
Stark
, and
H. -J.
Werner
,
Chem. Phys. Lett.
223
,
215
(
1994
).
91.
K.
Stark
and
H. -J.
Werner
,
J. Chem. Phys.
104
,
6515
(
1996
).
92.
B.
Hartke
and
H. -J.
Werner
,
Chem. Phys. Lett.
280
,
430
(
1997
).
93.
J. -F.
Castillo
,
D. E.
Manolopoulos
,
K.
Stark
, and
H. -J.
Werner
,
J. Chem. Phys.
104
,
6531
(
1996
).
94.
S. -H.
Lee
,
F.
Dong
, and
K.
Liu
,
J. Chem. Phys.
116
,
7839
(
2002
).
95.
S. -H.
Lee
,
F.
Dong
, and
K.
Liu
,
J. Chem. Phys.
125
,
133106
(
2006
).
96.
M.
Hayes
,
M.
Gustafsson
,
A. M.
Mebel
, and
R. T.
Skodje
,
Chem. Phys.
308
,
259
(
2005
).
97.
M.
Qiu
,
Z.
Ren
,
L.
Che
,
D.
Dai
,
S. A.
Harich
,
X.
Wang
,
X.
Yang
,
C.
Xu
,
D.
Dai
,
M.
Gusatafsson
,
R. T.
Skodje
,
Z.
Sun
, and
D. H.
Zhang
,
Science
311
,
1440
(
2006
).
98.
M. H.
Alexander
,
D. E.
Manolopoulos
, and
H. -J.
Werner
,
J. Chem. Phys.
113
,
11084
(
2000
).
99.
M. H.
Alexander
,
Y. -R.
Tzeng
, and
D.
Skouteris
, in
Chemical Reaction Dynamics
, edited by
G.
Lendvay
and
A.
Laganá
(
Kluwer Academic
,
Amsterdam
,
1994
).
100.
G.
Li
,
H. -J.
Werner
,
F.
Lique
, and
M. H.
Alexander
,
J. Chem. Phys.
127
,
174302
(
2007
).
101.
L.
Che
,
Z.
Ren
,
X.
Wang
,
W.
Dong
,
D.
Dai
,
X.
Wang
,
D. H.
Zhang
,
X.
Yang
,
L.
Sheng
,
G.
Li
,
H.-J.
Werner
,
F.
Lique
, and
M. H.
Alexander
,
Science
317
,
1061
(
2007
).
102.
Z.
Ren
,
L.
Che
,
M.
Qiu
,
X.
Wang
,
W.
Dong
,
D.
Dai
,
X.
Wang
,
X.
Yang
,
Z.
Sun
,
B.
Fu
,
S.-Y.
Lee
,
X.
Xu
, and
D. H.
Zhang
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
105
,
12662
(
2008
).
103.
X.
Wang
,
W.
Dong
,
M.
Qiu
,
Z.
Ren
,
L.
Che
,
D.
Dai
,
X.
Wang
,
X.
Yang
,
Z.
Sun
,
B.
Fu
,
S.-Y.
Lee
,
X.
Xu
, and
D. H.
Zhang
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
105
,
6227
(
2008
).
105.
U. V.
Riss
and
H. -D.
Meyer
,
J. Chem. Phys.
105
,
1409
(
1996
).
106.
J. Y.
Ge
and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
108
,
1429
(
1998
).
107.
B.
Poirier
and
T.
Tarrington
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
119
,
77
(
2003
).
108.
J. P.
Palao
,
J. G.
Muga
, and
R.
Sala
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
5469
(
1998
).
109.
D. E.
Manolopoulos
,
J. Chem. Phys.
117
,
9552
(
2002
).
You do not currently have access to this content.