Photodissociation dynamics after excitation of the |${\rm \tilde A}$|Ã state ν′2 = 4 (umbrella) level of ammonia are investigated using ultrafast time-resolved velocity map ion imaging (TR-VMI). These studies extend upon previous TR-VMI measurements [K. L. Wells, G. Perriam, and V. G. Stavros, J. Chem. Phys.130, 074308 (2009)] https://doi.org/10.1063/1.3072763, which reported the appearance timescales for ground state |${\rm NH}_2 {\rm (\tilde X)} + {\rm H}$| NH 2(X̃)+H photoproducts, born from non-adiabatic passage through an |${\rm \tilde X/\tilde A}$|X̃/Ã state conical intersection (CI) at elongated H–NH2 bond distances. In particular, the present work sheds new light on the formation timescales for electronically excited |${\rm NH}_2 {\rm (\tilde A)} + {\rm H}$| NH 2(Ã)+H species, generated from NH3 parent molecules that avoid the CI and dissociate adiabatically. The results reveal a step-wise dynamical picture for the production of |${\rm NH}_2 {\rm (\tilde A)} + {\rm H}$| NH 2(Ã)+H products, where nascent dissociative flux can become temporarily trapped/impeded around the upper cone of the CI on the |${\rm \tilde A}$|Ã state potential energy surface (PES), while on course towards the adiabatic dissociation asymptote – this behavior contrasts the concerted mechanism previously observed for non-adiabatic dissociation into H-atoms associated with ro-vibrationally “cold” |${\rm NH}_2 {\rm (\tilde X)}$| NH 2(X̃). Initially, non-planar NH3 molecules (species which have the capacity to yield adiabatic photoproducts) are found to evolve out of the vertical Franck-Condon excitation region and towards the CI region of the |${\rm \tilde A}$|Ã state PES with a time-constant of 113 ± 46 fs. Subsequently, transient population encircling the CI then progresses to finally form |${\rm NH}_2 {\rm (\tilde A)} + {\rm H}$| NH 2(Ã)+H photoproducts from the CI region of the |$\tilde{\rm A}$|Ã state PES with a slower time-constant of 415 ± 25 fs. Non-adiabatic dissociation into ro-vibrationally “hot” |${\rm NH}_2 {\rm (\tilde X)}$| NH 2(X̃) radicals together with H-atoms is also evidenced to occur via a qualitatively similar process.

1.
D. R.
Yarkony
,
Rev. Mod. Phys.
68
,
985
(
1996
).
2.
W.
Domcke
,
D. R.
Yarkony
, and
H.
Koppel
,
Conical Intersections: Theory, Computation and Experiment
(
World Scientific Publishing
,
Singapore
,
2011
).
3.
V.
Vaida
,
W.
Hess
, and
J. L.
Roebber
,
J. Phys. Chem.
88
,
3397
(
1984
).
4.
L. D.
Ziegler
,
J. Chem. Phys.
82
,
664
(
1985
).
5.
M. N. R.
Ashfold
,
C. L.
Bennett
, and
R. N.
Dixon
,
Chem. Phys.
93
,
293
(
1985
).
6.
J.
Biesner
,
L.
Schnieder
,
J.
Schmeer
,
G.
Ahlers
,
X.
Xie
,
K. H.
Welge
,
M. N. R.
Ashfold
, and
R. N.
Dixon
,
J. Chem. Phys.
88
,
3607
(
1988
).
7.
J.
Biesner
,
L.
Schnieder
,
G.
Ahlers
,
X.
Xie
,
K. H.
Welge
,
M. N. R.
Ashfold
, and
R. N.
Dixon
,
J. Chem. Phys.
91
,
2901
(
1989
).
8.
E. L.
Woodbridge
,
M. N. R.
Ashfold
, and
S. R.
Leone
,
J. Chem. Phys.
94
,
4195
(
1991
).
9.
A. P.
Baronavski
and
J. C.
Owrutsky
,
J. Phys. Chem.
99
,
10077
(
1995
).
10.
S. A.
Henck
,
M. A.
Mason
,
W. B.
Yan
,
K. K.
Lehmann
, and
S. L.
Coy
,
J. Chem. Phys.
102
,
4783
(
1995
).
11.
D. H.
Mordaunt
,
M. N. R.
Ashfold
, and
R. N.
Dixon
,
J. Chem. Phys.
104
,
6460
(
1996
).
12.
D. H.
Mordaunt
,
R. N.
Dixon
, and
M. N. R.
Ashfold
,
J. Chem. Phys.
104
,
6472
(
1996
).
13.
M. N. R.
Ashfold
,
R. N.
Dixon
,
M.
Kono
,
D. H.
Mordaunt
, and
C. L.
Reed
,
Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A
355
,
1659
(
1997
).
14.
D. H.
Mordaunt
,
M. N. R.
Ashfold
, and
R. N.
Dixon
,
J. Chem. Phys.
109
,
7659
(
1998
).
15.
R. A.
Loomis
,
J. P.
Reid
, and
S. R.
Leone
,
J. Chem. Phys.
112
,
658
(
2000
).
16.
A.
Bach
,
J. M.
Hutchison
,
R. J.
Holiday
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
116
,
4955
(
2002
).
17.
A.
Bach
,
J. M.
Hutchison
,
R. J.
Holiday
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
116
,
9315
(
2002
).
18.
J. C.
Xie
,
B.
Jiang
,
G. H.
Li
,
S.
Yang
,
J. J.
Xu
,
G. H.
Sha
,
D. L.
Xu
,
N. Q.
Lou
, and
C. H.
Zhang
,
Faraday Discuss.
115
,
127
(
2000
).
19.
S. H.
Yin
,
H. P.
Liu
,
J. Y.
Zhang
,
B.
Jiang
,
D. L.
Xu
,
L.
Wang
,
G. H.
Sha
, and
N. Q.
Lou
,
Chem. Phys. Lett.
356
,
227
(
2002
).
20.
A.
Bach
,
J. M.
Hutchison
,
R. J.
Holiday
, and
F. F.
Crim
,
J. Phys. Chem. A
107
,
10490
(
2003
).
21.
M. L.
Hause
,
Y. H.
Yoon
, and
F. F.
Crim
,
J. Chem. Phys.
125
,
174309
(
2006
).
22.
M. L.
Hause
,
Y. H.
Yoon
, and
F. F.
Crim
,
Mol. Phys.
106
,
1127
(
2008
).
23.
K. L.
Wells
,
G.
Perriam
, and
V. G.
Stavros
,
J. Chem. Phys.
130
,
074308
(
2009
).
24.
N. L.
Evans
,
H.
Yu
,
G. M.
Roberts
,
V. G.
Stavros
, and
S.
Ullrich
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
10401
(
2012
).
25.
P.
Avouris
,
A. R.
Rossi
, and
A. C.
Albrecht
,
J. Chem. Phys.
74
,
5516
(
1981
).
26.
P.
Rosmus
,
P.
Botschwina
,
H. J.
Werner
,
V.
Vaida
,
P. C.
Engelking
, and
M. I.
McCarthy
,
J. Chem. Phys.
86
,
6677
(
1987
).
27.
M. I.
McCarthy
,
P.
Rosmus
,
H. J.
Werner
,
P.
Botschwina
, and
V.
Vaida
,
J. Chem. Phys.
86
,
6693
(
1987
).
28.
R. N.
Dixon
,
Chem. Phys. Lett.
147
,
377
(
1988
).
30.
T.
Seideman
,
J. Chem. Phys.
103
,
10556
(
1995
).
32.
R. N.
Dixon
and
T. W. R.
Hancock
,
J. Phys. Chem. A
101
,
7567
(
1997
).
33.
D. R.
Yarkony
,
J. Chem. Phys.
121
,
628
(
2004
).
34.
S.
Nangia
and
D. G.
Truhlar
,
J. Chem. Phys.
124
,
124309
(
2006
).
35.
Z. H.
Li
,
R.
Valero
, and
D. G.
Truhlar
,
Theor. Chem. Acc.
118
,
9
(
2007
).
36.
W. Z.
Lai
,
S. Y.
Lin
,
D. Q.
Xie
, and
H.
Guo
,
J. Chem. Phys.
129
,
154311
(
2008
).
37.
D.
Bonhommeau
and
D. G.
Truhlar
,
J. Chem. Phys.
129
,
014302
(
2008
).
38.
D.
Bonhommeau
,
R.
Valero
,
D. G.
Truhlar
, and
A. W.
Jasper
,
J. Chem. Phys.
130
,
234303
(
2009
).
39.
W. Z.
Lai
,
S. Y.
Lin
,
D. Q.
Xie
, and
H.
Guo
,
J. Phys. Chem. A
114
,
3121
(
2010
).
40.
K.
Giri
,
E.
Chapman
,
C. S.
Sanz
, and
G. A.
Worth
,
J. Chem. Phys.
135
,
044311
(
2011
).
41.
G. W.
Richings
and
G. A.
Worth
,
J. Phys. Chem. A
116
,
11228
(
2012
).
42.
R. J.
Duchovic
,
Y. L.
Volobuev
,
G. C.
Lynch
,
A. W.
Jasper
,
D. G.
Truhlar
,
T. C.
Allison
,
A. F.
Wagner
,
B. C.
Garrett
,
J.
Espinosa-García
, and
J. C.
Corchado
, POTLIB, http://comp.chem.umn.edu/potlib.
43.
R. S.
Mulliken
,
Acc. Chem. Res.
9
,
7
(
1976
).
44.
M. N. R.
Ashfold
,
G. A.
King
,
D.
Murdock
,
M. G. D.
Nix
,
T. A. A.
Oliver
, and
A. G.
Sage
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
12
,
1218
(
2010
).
45.
R.
Polak
,
I.
Paidarova
,
V.
Spirko
, and
P. J.
Kuntz
,
Int. J. Quantum Chem.
57
,
429
(
1996
).
46.
H.
Akagi
,
K.
Yokoyama
, and
A.
Yokoyama
,
J. Chem. Phys.
118
,
3600
(
2003
).
47.
D.
Townsend
,
B. J.
Sussman
, and
A.
Stolow
,
J. Phys. Chem. A
115
,
357
(
2011
).
48.
B. J.
Sussman
,
D.
Townsend
,
M. Y.
Ivanov
, and
A.
Stolow
,
Science
314
,
278
(
2006
).
49.
U.
Even
,
J.
Jortner
,
D.
Noy
,
N.
Lavie
, and
C.
Cossart-Magos
,
J. Chem. Phys.
112
,
8068
(
2000
).
50.
A. T. J. B.
Eppink
and
D. H.
Parker
,
Rev. Sci. Instrum.
68
,
3477
(
1997
).
51.
G. M.
Roberts
,
J. L.
Nixon
,
J.
Lecointre
,
E.
Wrede
, and
J. R. R.
Verlet
,
Rev. Sci. Instrum.
80
,
053104
(
2009
).
52.
P. M.
Regan
,
S. R.
Langford
,
A. J.
Orr-Ewing
, and
M. N. R.
Ashfold
,
J. Chem. Phys.
110
,
281
(
1999
).
53.
A.
Iqbal
,
L. J.
Pegg
, and
V. G.
Stavros
,
J. Phys. Chem. A
112
,
9531
(
2008
).
54.
G. M.
Roberts
,
C. A.
Williams
,
H.
Yu
,
A. S.
Chatterley
,
J. D.
Young
,
S.
Ullrich
, and
V. G.
Stavros
, “
Probing ultrafast dynamics in photoexcited pyrrole: timescales for 1πσ* mediated H-atom elimination
,”
Faraday Discuss.
(published online).
55.
R. N.
Zare
,
Angular Momentum: Understanding Spatial Aspects in Chemistry and Physics
(
Wiley
,
New York
,
1988
).
56.
J. B.
Burkholder
,
C. J.
Howard
, and
A. R. W.
McKellar
,
J. Mol. Spectrosc.
127
,
415
(
1988
).
57.
C. A.
Williams
,
G. M.
Roberts
,
H.
Yu
,
N. L.
Evans
,
S.
Ullrich
, and
V. G.
Stavros
,
J. Phys. Chem. A
116
,
2600
(
2012
).
58.
G. M.
Roberts
,
C. A.
Williams
,
M. J.
Paterson
,
S.
Ullrich
, and
V. G.
Stavros
,
Chem. Sci.
3
,
1192
(
2012
).
59.
A.
Iqbal
,
M. S. Y.
Cheung
,
M. G. D.
Nix
, and
V. G.
Stavros
,
J. Phys. Chem. A
113
,
8157
(
2009
).
60.
G.
Wu
,
P.
Hockett
, and
A.
Stolow
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
18447
(
2011
).
61.
We note that such information may become trackable from a far more complex time-resolved photoelectron-photoion coincidence imaging (PEPICO) measurement (see, for example, Ref. 60 for more information on PEPICO).
62.
J. W. C.
Johns
,
D. A.
Ramsay
, and
S. C.
Ross
,
Can. J. Phys.
54
,
1804
(
1976
).
63.
I. H.
Bachir
,
T. R.
Huet
,
J. L.
Destombes
, and
M.
Vervloet
,
J. Mol. Spectrosc.
193
,
326
(
1999
).
64.
D.
Townsend
,
S. A.
Lahankar
,
S. K.
Lee
,
S. D.
Chambreau
,
A. G.
Suits
,
X.
Zhang
,
J.
Rheinecker
,
L. B.
Harding
, and
J. M.
Bowman
,
Science
306
,
1158
(
2004
).
65.
A. G.
Suits
,
Acc. Chem. Res.
41
,
873
(
2008
).
66.
M. P.
Grubb
,
M. L.
Warter
,
H. Y.
Xiao
,
S.
Maeda
,
K.
Morokuma
, and
S. W.
North
,
Science
335
,
1075
(
2012
).
67.
N.
Herath
and
A. G.
Suits
,
J. Phys. Chem. Lett.
2
,
642
(
2011
).
68.
A.
Stolow
,
A. E.
Bragg
, and
D. M.
Neumark
,
Chem. Rev.
104
,
1719
(
2004
).
69.
L.
Nugent-Glandorf
,
M.
Scheer
,
D. A.
Samuels
,
V.
Bierbaum
, and
S. R.
Leone
,
Rev. Sci. Instrum.
73
,
1875
(
2002
).
70.
P.
Wernet
,
J.
Gaudin
,
K.
Godehusen
,
O.
Schwarzkopf
, and
W.
Eberhardt
,
Rev. Sci. Instrum.
82
,
063114
(
2011
).
71.
T. K.
Allison
,
T. W.
Wright
,
A. M.
Stooke
,
C.
Khurmi
,
J.
van Tilborg
,
Y.
Liu
,
R. W.
Falcone
, and
A.
Belkacem
,
Opt. Lett.
35
,
3664
(
2010
).
72.
L.
Nugent-Glandorf
,
M.
Scheer
,
D. A.
Samuels
,
A. M.
Mulhisen
,
E. R.
Grant
,
X. M.
Yang
,
V. M.
Bierbaum
, and
S. R.
Leone
,
Phys. Rev. Lett.
87
,
193002
(
2001
).
73.
L.
Nugent-Glandorf
,
M.
Scheer
,
D. A.
Samuels
,
V. M.
Bierbaum
, and
S. R.
Leone
,
J. Chem. Phys.
117
,
6108
(
2002
).
74.
D.
Strasser
,
F.
Goulay
, and
S. R.
Leone
,
J. Chem. Phys.
127
,
184305
(
2007
).
75.
P.
Wernet
,
M.
Odelius
,
K.
Godehusen
,
J.
Gaudin
,
O.
Schwarzkopf
, and
W.
Eberhardt
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
013001
(
2009
).
76.
M.
Fushitani
,
A.
Matsuda
, and
A.
Hishikawa
,
Opt. Express
19
,
9600
(
2011
).
77.
H.
Tao
,
T. K.
Allison
,
T. W.
Wright
,
A. M.
Stooke
,
C.
Khurmi
,
J.
van Tilborg
,
Y.
Liu
,
R. W.
Falcone
,
A.
Belkacem
, and
T. J.
Martinez
,
J. Chem. Phys.
134
,
244306
(
2011
).
78.
T. K.
Allison
,
H.
Tao
,
W. J.
Glover
,
T. W.
Wright
,
A. M.
Stooke
,
C.
Khurmi
,
J.
van Tilborg
,
Y.
Liu
,
R. W.
Falcone
,
T. J.
Martinez
, and
A.
Belkacem
,
J. Chem. Phys.
136
,
124317
(
2012
).
79.
G. M.
Roberts
,
C. A.
Williams
,
J. D.
Young
,
S.
Ullrich
,
M. J.
Paterson
, and
V. G.
Stavros
,
J. Am. Chem. Soc.
134
,
12578
(
2012
).
You do not currently have access to this content.