A vibronic coupling model based on time-dependent wavepacket approach is applied to simulate linear optical processes, such as one-photon absorbance and resonance Raman scattering, and nonlinear optical processes, such as two-photon absorbance and resonance hyper-Raman scattering, on a series of small molecules. Simulations employing both the long-range corrected approach in density functional theory and coupled cluster are compared and also examined based on available experimental data. Although many of the small molecules are prone to anharmonicity in their potential energy surfaces, the harmonic approach performs adequately. A detailed discussion of the non-Condon effects is illustrated by the molecules presented in this work. Linear and nonlinear Raman scattering simulations allow for the quantification of interference between the Franck-Condon and Herzberg-Teller terms for different molecules.

1.
F.
Markel
,
N. S.
Ferris
,
I. R.
Gould
, and
A. B.
Myers
,
J. Am. Chem. Soc.
114
,
6208
(
1992
).
2.
D. S.
Egolf
,
M. R.
Waterland
, and
A.
Myers Kelley
,
J. Phys. Chem. B
104
,
10727
(
2000
).
3.
Y.
Zong
and
J. L.
McHale
,
J. Chem. Phys.
106
,
4963
(
1997
).
4.
Y.
Zong
and
J. L.
McHale
,
J. Chem. Phys.
107
,
2920
(
1997
).
5.
X.
Zhao
,
J. A.
Burt
, and
J. L.
McHale
,
J. Chem. Phys.
121
,
11195
(
2004
).
6.
D. W.
Silverstein
and
L.
Jensen
,
J. Chem. Theory Comput.
6
,
2845
(
2010
).
7.
T.
Petrenko
,
O.
Krylova
,
F.
Neese
, and
M.
Sokolowski
,
New J. Phys.
11
,
015001
(
2009
).
8.
A.
Myers Kelley
,
J. Chem. Phys.
119
,
3320
(
2003
).
9.
B.
Minaev
,
Y.-H.
Wang
,
C.-K.
Wang
,
Y.
Luo
, and
H.
Ågren
,
Spectrochim. Acta, Part A
65
,
308
(
2006
).
10.
P.
Macak
,
Y.
Luo
, and
H.
Ågren
,
Chem. Phys. Lett.
330
,
447
(
2000
).
11.
Y.-H.
Wang
,
M.
Halik
,
C.-K.
Wang
,
S. R.
Marder
, and
Y.
Luo
,
J. Chem. Phys.
123
,
194311
(
2005
).
12.
E. J.
Heller
,
J. Chem. Phys.
62
,
1544
(
1975
).
13.
E. J.
Heller
,
J. Chem. Phys.
64
,
63
(
1976
).
14.
S.-Y.
Lee
and
E. J.
Heller
,
J. Chem. Phys.
71
,
4777
(
1979
).
15.
D. J.
Tannor
and
E. J.
Heller
,
J. Chem. Phys.
77
,
202
(
1982
).
16.
E. J.
Heller
,
Acc. Chem. Res.
14
,
368
(
1981
).
17.
E. J.
Heller
,
R.
Sundberg
, and
D.
Tannor
,
J. Phys. Chem.
86
,
1822
(
1982
).
18.
A. B.
Myers
,
R. A.
Mathies
,
D. J.
Tannor
, and
E. J.
Heller
,
J. Chem. Phys.
77
,
3857
(
1982
).
19.
S.
Shim
,
C. M.
Stuart
, and
R. A.
Mathies
,
ChemPhysChem
9
,
697
(
2008
).
20.
A. B.
Myers
and
K. S.
Pranata
,
J. Phys. Chem.
93
,
5079
(
1989
).
21.
K.
Kulinowski
,
I. R.
Gould
, and
A. B.
Myers
,
J. Phys. Chem.
99
,
9017
(
1995
).
22.
A. M.
Moran
and
A.
Myers Kelley
,
J. Chem. Phys.
115
,
912
(
2001
).
23.
N.
Biswas
and
S.
Umapathy
,
Chem. Phys. Lett.
294
,
181
(
1998
).
24.
T.
Petrenko
and
F.
Neese
,
J. Chem. Phys.
127
,
164319
(
2007
).
25.
D. A.
Parthenopoulos
and
P. M.
Rentzepis
,
Science
245
,
843
(
1989
).
26.
A. S.
Dvornikov
,
E. P.
Walker
, and
P. M.
Rentzepis
,
J. Phys. Chem. A
113
,
13633
(
2009
).
27.
W.
Leng
and
A.
Myers Kelley
,
J. Phys. Chem. A
112
,
5925
(
2008
).
28.
M.
Drobizhev
,
A.
Karotki
,
M.
Kruk
, and
A.
Rebane
,
Chem. Phys. Lett.
355
,
175
(
2002
).
29.
C. B.
Milojevich
,
D. W.
Silverstein
,
L.
Jensen
, and
J. P.
Camden
,
ChemPhysChem
12
,
101
(
2011
).
30.
H.
Hosoi
,
S.
Yamaguchi
,
H.
Mizuno
,
A.
Miyawaki
, and
T.
Tahara
,
J. Phys. Chem. B
112
,
2761
(
2008
).
31.
M.
Drobizhev
,
S.
Tillo
,
N. S.
Makarov
,
T. E.
Hughes
, and
A.
Rebane
,
J. Phys. Chem. B
113
,
855
(
2009
).
32.
T. B.
Clark
,
M. E.
Orr
,
D. C.
Flynn
, and
T.
Goodson
,
J. Phys. Chem. C
115
,
7331
(
2011
).
33.
J.
Kneipp
,
H.
Kneipp
, and
K.
Kneipp
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
103
,
17149
(
2006
).
34.
J.
Kneipp
,
H.
Kneipp
,
B.
Wittig
, and
K.
Kneipp
,
Nano Lett.
7
,
2819
(
2007
).
35.
L.
De Boni
,
D. S.
Correa
,
D. L.
Silva
,
P. J.
Goncalves
,
S. C.
Zilio
,
G. G.
Parra
,
I. E.
Borissevitch
,
S.
Canuto
, and
C. R.
Mendonca
,
J. Chem. Phys.
134
,
014509
(
2011
).
36.
T. J.
Beck
,
M.
Burkanas
,
S.
Bagdonas
,
Z.
Krivickiene
,
W.
Beyer
,
R.
Sroka
,
R.
Baumgartner
, and
R.
Rotomskis
,
J. Photochem. Photobiol. B
87
,
174
(
2007
).
37.
S.
Achelle
,
P.
Couleaud
,
P.
Baldeck
,
M.-P.
Teulade-Fichou
, and
P.
Maillard
,
Eur. J. Org. Chem.
2011
,
1271
(
2011
).
38.
S.
Kim
,
T. Y.
Ohulchanskyy
,
H. E.
Pudavar
,
R. K.
Pandey
, and
P. N.
Prasad
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
2669
(
2007
).
39.
W.
Denk
,
J. H.
Strickler
, and
W. W.
Webb
,
Science
248
,
73
(
1990
).
40.
P. T.C.
So
,
C. Y.
Dong
,
B. R.
Masters
, and
K. M.
Berland
,
Annu. Rev. Biomed. Eng.
2
,
399
(
2000
).
41.
M.
Albota
,
D.
Beljonne
,
J.-L.
Brédas
,
J. E.
Ehrlich
,
J.-Y.
Fu
,
A. A.
Heikal
,
S. E.
Hess
,
T.
Kogej
,
M. D.
Levin
,
S. R.
Marder
,
D.
McCord-Maughon
,
J. W.
Perry
,
H.
Röckel
,
M.
Rumi
,
G.
Subramaniam
,
W. W.
Webb
,
X.-L.
Wu
, and
C.
Xu
,
Science
281
,
1653
(
1998
).
42.
S.
Zheng
,
L.
Beverina
,
S.
Barlow
,
E.
Zojer
,
J.
Fu
,
L. A.
Padilha
,
C.
Fink
,
O.
Kwon
,
Y.
Yi
,
Z.
Shuai
,
E. W. V.
Stryland
,
D. J.
Hagan
,
J.-L.
Brédas
, and
S. R.
Marder
,
Chem. Commun. (Cambridge)
2007
,
1372
.
43.
J. F.
Kauffman
,
J. M.
Turner
,
I. V.
Alabugin
,
B.
Breiner
,
S. V.
Kovalenko
,
E. A.
Badaeva
,
A.
Masunov
, and
S.
Tretiak
,
J. Phys. Chem. A
110
,
241
(
2006
).
44.
M.
Pawlicki
,
H. A.
Collins
,
R. G.
Denning
, and
H. L.
Anderson
,
Angew. Chem., Int. Ed.
48
,
3244
(
2009
).
45.
D. V.
Murphy
,
K. U. V.
Raben
,
R. K.
Chang
, and
P. B.
Dorain
,
Chem. Phys. Lett.
85
,
43
(
1982
).
46.
J. T.
Golab
,
J. R.
Sprague
,
K. T.
Carron
,
G. C.
Schatz
, and
R. P.
Van Duyne
,
J. Chem. Phys.
88
,
7942
(
1988
).
47.
W.
Leng
and
A.
Myers Kelley
,
J. Am. Chem. Soc.
128
,
3492
(
2006
).
48.
N.
Valley
,
L.
Jensen
,
J.
Autschbach
, and
G. C.
Schatz
,
J. Chem. Phys.
133
,
054103
(
2010
).
49.
Z.
Rinkevicius
,
J.
Autschbach
,
A.
Baev
,
M.
Swihart
,
H.
Ågren
, and
P. N.
Prasad
,
J. Phys. Chem. A
114
,
7590
(
2010
).
50.
S. M.
Morton
,
D. W.
Silverstein
, and
L.
Jensen
,
Chem. Rev.
111
,
3962
(
2011
).
51.
D. W.
Silverstein
and
L.
Jensen
,
J. Chem. Phys.
136
,
064111
(
2012
).
52.
K.-S. K.
Shin
and
J. I.
Zink
,
J. Am. Chem. Soc.
112
,
7148
(
1990
).
53.
R.
Kumble
,
T. S.
Rush
,
M. E.
Blackwood
,
P. M.
Kozlowski
, and
T. G.
Spiro
,
J. Phys. Chem. B
102
,
7280
(
1998
).
54.
C. B.
Milojevich
,
D. W.
Silverstein
,
L.
Jensen
, and
J. P.
Camden
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
14590
(
2011
).
55.
H.
Iikura
,
T.
Tsuneda
,
T.
Yanai
, and
K.
Hirao
,
J. Chem. Phys.
115
,
3540
(
2001
).
56.
DALTON, a molecular electronic structure program, release 2.0 (
2005
), see http://www.kjemi.uio.no/software/dalton/dalton.html.
57.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
(
1993
).
58.
M.
Valiev
,
E.
Bylaska
,
N.
Govind
,
K.
Kowalski
,
T.
Straatsma
,
H.
Van Dam
,
D.
Wang
,
J.
Nieplocha
,
E.
Apra
,
T.
Windus
, and
W.
de Jong
,
Comput. Phys. Commun.
181
,
1477
(
2010
).
59.
M. J.
Paterson
,
O.
Christiansen
,
F.
Pawlowski
,
P.
Jørgensen
,
C.
Hättig
,
T.
Helgaker
, and
P.
Sałek
,
J. Chem. Phys.
124
,
054322
(
2006
).
60.
J.
Olsen
and
P.
Jørgensen
,
J. Chem. Phys.
82
,
3235
(
1985
).
61.
J. F.
Stanton
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
98
,
7029
(
1993
).
62.
D. W.
Silverstein
and
L.
Jensen
,
TDSPEC: Time-Dependent Spectroscopic Simulations of Linear and Nonlinear Optical Processes
(
The Pennsylvania State University
,
University Park, PA
,
2011
).
63.
F.
Neese
,
T.
Petrenko
,
D.
Ganyushin
, and
G.
Olbrich
,
Coord. Chem. Rev.
251
,
288
(
2007
).
64.
H.
Reis
,
M. G.
Papadopoulos
, and
A.
Grzybowski
,
J. Phys. Chem. B
110
,
18537
(
2006
).
65.
L. D.
Ziegler
and
B.
Hudson
,
J. Phys. Chem.
88
,
1110
(
1984
).
66.
L. D.
Ziegler
and
J. L.
Roebber
,
Chem. Phys. Lett.
136
,
377
(
1987
).
67.
Y. C.
Chung
and
L. D.
Ziegler
,
J. Chem. Phys.
88
,
7287
(
1988
).
68.
E.
Tannenbaum
,
E. M.
Coffin
, and
A. J.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
21
,
311
(
1953
).
69.
D. L.
Rousseau
,
G. D.
Patterson
, and
P. F.
Williams
,
Phys. Rev. Lett.
34
,
1306
(
1975
).
70.
D. L.
Rousseau
and
P. F.
Williams
,
J. Chem. Phys.
64
,
3519
(
1976
).
71.
A. B.
Myers
,
B.
Li
, and
X.
Ci
,
J. Chem. Phys.
89
,
1876
(
1988
).
72.
R. J.
Hemley
,
D. G.
Leopold
,
J. L.
Roebber
, and
V.
Vaida
,
J. Chem. Phys.
79
,
5219
(
1983
).
73.
P.
Audebert
,
K.
Kamada
,
K.
Matsunaga
, and
K.
Ohta
,
Chem. Phys. Lett.
367
,
62
(
2003
).
74.
P.
Sałek
,
O.
Vahtras
,
T.
Helgaker
, and
H.
Ågren
,
J. Chem. Phys.
117
,
9630
(
2002
).
75.
D.
Kosenkov
and
L. V.
Slipchenko
,
J. Phys. Chem. A
115
,
392
(
2011
).
76.
L.
Jensen
and
P. T.
van Duijnen
,
J. Chem. Phys.
123
,
074307
(
2005
).
77.
S.
Yuan-Hong
,
L.
Jing
,
Z.
Ke
, and
W.
Chuan-Kui
,
Chin. Phys. B
19
,
044207
(
2010
).
78.
A.
Dreuw
and
M.
Head-Gordon
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
4007
(
2003
).
79.
A.
Dreuw
,
J. L.
Weisman
, and
M.
Head-Gordon
,
J. Chem. Phys.
119
,
2943
(
2003
).
80.
K. A.
Kane
and
L.
Jensen
,
J. Phys. Chem. C
114
,
5540
(
2010
).
81.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.3684235 for spectra simulated with the B3LYP functional and simulation parameters for B3LYP, LC-PBE, and CCSD.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.