We present a novel method to investigate energy relaxation processes in condensed phases using nonequilibrium molecular dynamics simulations. This method can reveal details of the time evolution of energy relaxation like two-color third-order IR spectroscopy. Nonetheless, the computational cost of this method is significantly lower than that of third-order response functions. We apply this method to the energy relaxation of intermolecular motions in liquid water. We show that the intermolecular energy relaxation in water is characterized by four energy transfer processes. The structural changes of the liquid associated with the energy relaxation are also analyzed by the nonequilibrium molecular dynamics technique.
REFERENCES
1.
2.
Y.
Tanimura
, J. Phys. Soc. Jpn.
75
, 082001
(2006
).3.
R. M.
Hochstrasser
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
, 14190
(2007
).4.
M.
Cho
, Two-Dimensional Optical Spectroscopy
(CRC Press
, Boca Raton
, 2009
).5.
J. C.
Owrutsky
, D.
Raftery
, and R. M.
Hochstrasser
, Annu. Rev. Phys. Chem.
45
, 519
(1994
).6.
M.
Li
, J.
Owrutsky
, M.
Sarisky
, J. P.
Culver
, A.
Yodh
, and R. M.
Hochstrasser
, J. Chem. Phys.
98
, 5499
(1993
).7.
P.
Hamm
, M.
Lim
, and R. M.
Hochstrasser
, J. Chem. Phys.
107
, 10523
(1997
).8.
N.
Huse
, S.
Ashihara
, E. T. J.
Nibbering
, and T.
Elsaesser
, Chem. Phys. Lett.
404
, 389
(2005
).9.
S.
Ashihara
, N.
Huse
, A.
Espagne
, E. T. J.
Nibbering
, and T.
Elsaesser
, Chem. Phys. Lett.
424
, 66
(2006
).10.
S.
Ashihara
, N.
Huse
, A.
Espagne
, E. T. J.
Nibbering
, and T.
Elsaesser
, J. Phys. Chem. A
111
, 743
(2007
).11.
M. L.
Cowan
, B. D.
Bruner
, N.
Huse
, J. R.
Dwyer
, B.
Chugh
, E. T. J.
Nibbering
, T.
Elsaesser
, and R. J. D.
Miller
, Nature (London)
434
, 199
(2005
).12.
D.
Kraemer
, M. L.
Cowan
, A.
Paarmann
, N.
Huse
, E. T. J.
Nibbering
, T.
Elsaesser
, and R. J. D.
Miller
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
105
, 437
(2008
).13.
A. J.
Lock
and H. J.
Bakker
, J. Chem. Phys.
117
, 1708
(2002
).14.
H. K.
Nienhuys
, S.
Woutersen
, R. A.
van Santen
, and H. J.
Bakker
, J. Chem. Phys.
111
, 1494
(1999
).15.
M. F.
Kropman
, H. K.
Nienhuys
, S.
Woutersen
, and H. J.
Bakker
, J. Phys. Chem. A
105
, 4622
(2001
).16.
H. J.
Bakker
and H. K.
Nienhuys
, Science
297
, 587
(2002
).17.
J.
Lindner
, P.
Vohringer
, M. S.
Pshenichnikov
, D.
Cringus
, D. A.
Wiersma
, and M.
Mostovoy
, Chem. Phys. Lett.
421
, 329
(2006
).18.
J.
Lindner
, D.
Cringus
, M. S.
Pshenichnikov
, and P.
Vohringer
, Chem. Phys.
341
, 326
(2007
).19.
L.
Chieffo
, J.
Shattuck
, J. J.
Amsden
, S.
Erramilli
, and L. D.
Ziegler
, Chem. Phys.
341
, 71
(2007
).20.
T.
Schafer
, J.
Lindner
, P.
Vohringer
, and D.
Schwarzer
, J. Chem. Phys.
130
, 224502
(2009
).21.
T.
Steinel
, J. B.
Asbury
, J. R.
Zheng
, and M. D.
Fayer
, J. Phys. Chem. A
108
, 10957
(2004
).22.
D.
Schwarzer
, J.
Lindner
, and P.
Vohringer
, J. Phys. Chem. A
110
, 2858
(2006
).23.
P.
Bodis
, O. F. A.
Larsen
, and S.
Woutersen
, J. Phys. Chem. A
109
, 5303
(2005
).24.
R.
Laenen
, K.
Simeonidis
, and A.
Laubereau
, J. Phys. Chem. B
106
, 408
(2002
).25.
C. J.
Fecko
, J. J.
Loparo
, S. T.
Roberts
, and A.
Tokmakoff
, J. Chem. Phys.
122
, 054506
(2005
).26.
S.
Woutersen
, U.
Emmerichs
, H. K.
Nienhuys
, and H. J.
Bakker
, Phys. Rev. Lett.
81
, 1106
(1998
).27.
A. M.
Dokter
and H. J.
Bakker
, J. Chem. Phys.
128
, 024502
(2008
).28.
O. F. A.
Larsen
and S.
Woutersen
, J. Chem. Phys.
121
, 12143
(2004
).29.
M.
Rini
, B. Z.
Magnes
, E.
Pines
, and E. T. J.
Nibbering
, Science
301
, 349
(2003
).30.
M. F.
Kropman
and H. J.
Bakker
, Science
291
, 2118
(2001
).31.
S.
Park
and M. D.
Fayer
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
104
, 16731
(2007
).32.
K.
Ohta
, H.
Maekawa
, and K.
Tominaga
, J. Phys. Chem. A
108
, 1333
(2004
).33.
K.
Ohta
, H.
Maekawa
, and K.
Tominaga
, Chem. Phys. Lett.
386
, 32
(2004
).34.
K.
Ohta
and K.
Tominaga
, Chem. Phys. Lett.
429
, 136
(2006
).35.
A.
Paarmann
, T.
Hayashi
, S.
Mukamel
, and R. J. D.
Miller
, J. Chem. Phys.
128
, 191103
(2008
).36.
T. L. C.
Jansen
, B. M.
Auer
, M.
Yang
, and J. L.
Skinner
, J. Chem. Phys.
132
, 224503
(2010
).37.
C. P.
Lawrence
and J. L.
Skinner
, J. Chem. Phys.
119
, 1623
(2003
).38.
C. P.
Lawrence
and J. L.
Skinner
, J. Chem. Phys.
119
, 3840
(2003
).39.
R.
Rey
and J. T.
Hynes
, J. Chem. Phys.
104
, 2356
(1996
).40.
R.
Rey
and J. T.
Hynes
, J. Chem. Phys.
108
, 142
(1998
).41.
R.
Rey
, K. B.
Moller
, and J. T.
Hynes
, Chem. Rev.
104
, 1915
(2004
).42.
R. M.
Whitnell
, K. R.
Wilson
, and J. T.
Hynes
, J. Chem. Phys.
96
, 5354
(1992
).43.
F.
Ingrosso
, R.
Rey
, T.
Elsaesser
, and J. T.
Hynes
, J. Phys. Chem. A
113
, 6657
(2009
).44.
R.
Rey
, F.
Ingrosso
, T.
Elsaesser
, and J. T.
Hynes
, J. Phys. Chem. A
113
, 8949
(2009
).45.
I.
Chorny
, J.
Vieceli
, and I.
Benjamin
, J. Chem. Phys.
116
, 8904
(2002
).46.
N.
Winter
, I.
Chorny
, J.
Vieceli
, and I.
Benjamin
, J. Chem. Phys.
119
, 2127
(2003
).47.
A.
Kandratsenka
, J.
Schroeder
, D.
Schwarzer
, and V. S.
Vikhrenko
, J. Chem. Phys.
130
, 174507
(2009
).48.
R. M.
Whitnell
, K. R.
Wilson
, and J. T.
Hynes
, J. Phys. Chem.
94
, 8625
(1990
).49.
B. J.
Berne
, J.
Jortner
, and R.
Gordon
, J. Chem. Phys.
47
, 1600
(1967
).50.
D. W.
Oxtoby
, Adv. Chem. Phys.
47
, 487
(1981
).51.
C.
Heidelbach
, V. S.
Vikhrenko
, D.
Schwarzer
, and J.
Schroeder
, J. Chem. Phys.
110
, 5286
(1999
).52.
S. M.
Li
and W. H.
Thompson
, Chem. Phys. Lett.
383
, 326
(2004
).53.
S. M.
Li
, T. D.
Shepherd
, and W. H.
Thompson
, J. Phys. Chem. A
108
, 7347
(2004
).54.
T.
Yagasaki
and S.
Saito
, J. Chem. Phys.
128
, 154521
(2008
).55.
T.
Yagasaki
and S.
Saito
, Acc. Chem. Res.
42
, 1250
(2009
).56.
T.
Yagasaki
, J.
Ono
, and S.
Saito
, J. Chem. Phys.
131
, 164511
(2009
).57.
Y.
Yamauchi
, H.
Nakai
, and Y.
Okada
, J. Chem. Phys.
121
, 11098
(2004
).58.
H. J. C.
Berendsen
, J. R.
Grigera
, and T. P.
Straatsma
, J. Phys. Chem.
91
, 6269
(1987
).59.
J.
Lobaugh
and G. A.
Voth
, J. Chem. Phys.
106
, 2400
(1997
).60.
L. H.
de la Pena
and P. G.
Kusalik
, J. Chem. Phys.
121
, 5992
(2004
).61.
T. F.
Miller
and D. E.
Manolopoulos
, J. Chem. Phys.
123
, 154504
(2005
).62.
H.
Tanaka
and I.
Ohmine
, J. Chem. Phys.
87
, 6128
(1987
).63.
M.
Cho
, G. R.
Fleming
, S.
Saito
, I.
Ohmine
, and R. M.
Stratt
, J. Chem. Phys.
100
, 6672
(1994
).64.
G. E.
Walrafen
, Y. C.
Chu
, and G. J.
Piermarini
, J. Phys. Chem.
100
, 10363
(1996
).65.
G.
Garberoglio
, R.
Vallauri
, and G.
Sutmann
, J. Chem. Phys.
117
, 3278
(2002
).66.
I.
Ohmine
and H.
Tanaka
, J. Chem. Phys.
93
, 8138
(1990
).67.
A.
Luzar
and D.
Chandler
, Nature (London)
379
, 55
(1996
).68.
J. R.
Errington
and P. G.
Debenedetti
, Nature (London)
409
, 318
(2001
).© 2011 American Institute of Physics.
2011
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
