We investigated the valence electronic structure of diamondoid particles in the gas phase, utilizing valence photoelectron spectroscopy. The samples were singly or doubly covalently bonded dimers or trimers of the lower diamondoids. Both the bond type and the combination of bonding partners are shown to affect the overall electronic structure. For singly bonded particles, we observe a small impact of the bond on the electronic structure, whereas for doubly bonded particles, the connecting bond determines the electronic structure of the highest occupied orbitals. In the singly bonded particles a superposition of the bonding partner orbitals determines the overall electronic structure. The experimental findings are supported by density functional theory computations at the M06-2X/cc-pVDZ level of theory.
REFERENCES
1.
W. L.
Yang
, J. D.
Fabbri
, T. M.
Willey
, J. R. I.
Lee
, J. E.
Dahl
, R. M. K.
Carlson
, P. R.
Schreiner
, A. A.
Fokin
, B. A.
Tkachenko
, N. A.
Fokina
, W.
Meevasana
, N.
Mannella
, K.
Tanaka
, X. J.
Zhou
, T.
van Buuren
, M. A.
Kelly
, Z.
Hussain
, N. A.
Melosh
, and Z. X.
Shen
, Science
316
, 1460
(2007
).2.
H.
Ishiwata
, Y.
Acremann
, A.
Scholl
, E.
Rotenberg
, O.
Hellwig
, E.
Dobisz
, A.
Doran
, B. A.
Tkachenko
, A. A.
Fokin
, P. R.
Schreiner
, J. E. P.
Dahl
, R. M. K.
Carlson
, N.
Melosh
, Z. X.
Shen
, and H.
Ohldag
, Appl. Phys. Lett.
101
, 163101
(2012
).3.
W.
Yang
, Z.
Shen
, H. C.
Manoharan
, N. A.
Melosh
, M. A.
Kelly
, A. A.
Fokin
, P. R.
Schreiner
, and J. C.
Randel
, Molecular rectifiers comprising diamondoids
, U.S. patent application 20,110,082,053 (7 April 2011
).4.
H.
Schwertfeger
, A. A.
Fokin
, and P. R.
Schreiner
, Angew. Chem., Int. Ed.
47
, 1022
(2008
).5.
L.
Landt
, M.
Staiger
, D.
Wolter
, K.
Klünder
, P.
Zimmermann
, T. M.
Willey
, T.
van Buuren
, D.
Brehmer
, P. R.
Schreiner
, B. A.
Tkachenko
, A. A.
Fokin
, T.
Möller
, and C.
Bostedt
, J. Chem. Phys.
132
, 024710
(2010
).6.
M.
Vörös
, T.
Demjén
, T.
Szilvási
, and A.
Gali
, Phys. Rev. Lett.
108
, 267401
(2012
).7.
R.
Meinke
, R.
Richter
, T.
Möller
, B. A.
Tkachenko
, P. R.
Schreiner
, C.
Thomsen
, and J.
Maultzsch
, J. Phys. B
46
, 025101
(2013
).8.
T.
Rander
, M.
Staiger
, R.
Richter
, T.
Zimmermann
, L.
Landt
, D.
Wolter
, J. E.
Dahl
, R. M. K.
Carlson
, B. A.
Tkachenko
, N. A.
Fokina
, P. R.
Schreiner
, T.
Möller
, and C.
Bostedt
, J. Chem. Phys.
138
, 024310
(2013
).9.
J. E.
Dahl
, S. G.
Liu
, and R. M. K.
Carlson
, Science
299
, 96
(2003
).10.
J.
Reiser
, E.
McGregor
, J.
Jones
, R.
Enick
, and G.
Holder
, Fluid Phase Equilib.
117
, 160
(1996
).11.
G. A.
Mansoori
, J. Pet. Sci. Eng.
17
, 101
(1997
).12.
J. E.
Dahl
, J. M.
Moldowan
, K. E.
Peters
, G. E.
Claypool
, M. A.
Rooney
, G. E.
Michael
, M. R.
Mello
, and M. L.
Kohnen
, Nature (London)
399
, 54
(1999
).13.
Z. D.
Wang
, C.
Yang
, B.
Hollebone
, and M.
Fingas
, Environ. Sci. Technol.
40
, 5636
(2006
).14.
Z.
Kazimierczuk
, A.
Gorska
, T.
Świtaj
, and W.
Lasek
, Bioorg. Med. Chem. Lett.
11
, 1197
(2001
).15.
L. E.
Brus
, J. Chem. Phys.
80
, 4403
(1984
).16.
J.-Y.
Raty
, G.
Galli
, C.
Bostedt
, T. W.
van Buuren
, and L. J.
Terminello
, Phys. Rev. Lett.
90
, 037401
(2003
).17.
N. D.
Drummond
, A. J.
Williamson
, R. J.
Needs
, and G.
Galli
, Phys. Rev. Lett.
95
, 096801
(2005
).18.
M.
Vörös
and A.
Gali
, Phys. Rev. B
80
, 161411
(R) (2009
).19.
T. M.
Willey
, C.
Bostedt
, T.
van Buuren
, J. E.
Dahl
, S. G.
Liu
, R. M. K.
Carlson
, L. J.
Terminello
, and T.
Möller
, Phys. Rev. Lett.
95
, 113401
(2005
).20.
T. M.
Willey
, C.
Bostedt
, T.
van Buuren
, J. E.
Dahl
, S. G.
Liu
, R. M. K.
Carlson
, R. W.
Meulenberg
, E. J.
Nelson
, and L. J.
Terminello
, Phys. Rev. B
74
, 205432
(2006
).21.
L.
Landt
, K.
Klünder
, J. E.
Dahl
, R. M. K.
Carlson
, T.
Möller
, and C.
Bostedt
, Phys. Rev. Lett.
103
, 047402
(2009
).22.
P. R.
Schreiner
, L. V.
Chernish
, P. A.
Gunchenko
, E. Y.
Tikhonchuk
, H.
Hausmann
, M.
Serafin
, S.
Schlecht
, J. E. P.
Dahl
, R. M. K.
Carlson
, and A. A.
Fokin
, Nature (London)
477
, 308
(2011
).23.
A. A.
Fokin
, L. V.
Chernish
, P. A.
Gunchenko
, E. Y.
Tikhonchuk
, H.
Hausmann
, M.
Serafin
, J. E. P.
Dahl
, R. M. K.
Carlson
, and P. R.
Schreiner
, J. Am. Chem. Soc.
134
, 13641
(2012
).24.
G. J.
Edwards
, S. R.
Jones
, and J. M.
Mellor
, J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2
1977
(4
), 505
.25.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4818994 for details on preparation of doubly bonded diamondoid particles.
26.
P. D.
Mollere
, K. N.
Houk
, D. S.
Bomse
, and T. H.
Morton
, J. Am. Chem. Soc.
98
, 4732
(1976
).27.
G. C.
McIntosh
, M.
Yoon
, S.
Berber
, and D.
Tomanek
, Phys. Rev. B
70
, 045401
(2004
).28.
W.
Kohn
and L. J.
Sham
, Phys. Rev.
140
, A1133
(1965
).29.
M. J.
Frisch
, G. W.
Trucks
, H. B.
Schlegel
et al, Gaussian 09, Revision A.02, Gaussian, Inc., Wallingford, CT, 2009.30.
Y.
Zhao
and D. G.
Truhlar
, Theor. Chem. Acc.
120
, 215
(2008
).31.
A. A.
Fokin
and P. R.
Schreiner
, Mol. Phys.
107
, 823
(2009
).32.
A. J.
Lu
, B. C.
Pan
, and J. G.
Han
, Phys. Rev. B
72
, 035447
(2005
).33.
K.
Lenzke
, L.
Landt
, M.
Hoener
, H.
Thomas
, J. E.
Dahl
, S. G.
Liu
, R. M. K.
Carlson
, T.
Möller
, and C.
Bostedt
, J. Chem. Phys.
127
, 084320
(2007
).34.
D. M.
Mintz
and A.
Kuppermann
, J. Chem. Phys.
71
, 3499
(1979
).35.
Rusli
, J.
Robertson
, and G. A. J.
Amaratunga
, J. Appl. Phys.
80
, 2998
(1996
).36.
J.
Robertson
, Phys. Rev. B
53
, 16302
(1996
).© 2013 AIP Publishing LLC.
2013
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
