High-resolution photoelectron imaging and spectroscopy of cold C60 anions are reported using a newly built photoelectron imaging apparatus coupled with an electrospray ionization source and a temperature-controlled cryogenic ion trap. Vibrationally resolved photoelectron spectra are obtained for the detachment transition from the ground state of C60 to that of C60 at various detachment wavelengths from 354.84 nm to 461.35 nm. The electron affinity of C60 is accurately measured to be 2.6835 ± 0.0006 eV. Numerous unexpected vibrational excitations are observed in the photoelectron spectra due to the Jahn-Teller effect in C60 and Hertzberg-Teller vibronic coupling in both C60 and C60. Both the relative intensities of vibrational peaks and their photoelectron angular distributions provide evidence for the vibronic couplings. The observed p-wave-like behavior in the angular distribution of the 000 transition suggests that the electron is detached from an s-type orbital.

1.
H. W.
Kroto
,
J. R.
Heath
,
S. C.
Obrien
,
R. F.
Curl
, and
R. E.
Smalley
,
Nature (London)
318
,
162
(
1985
).
2.
M.
Prato
,
J. Mater. Chem.
7
,
1097
(
1997
).
3.
H.
Park
,
J.
Park
,
A. K. L.
Lim
,
E. H.
Anderson
,
A. P.
Alivisatos
, and
P. L.
McEuen
,
Nature (London)
407
,
57
(
2000
).
4.
J. L.
Segura
,
N.
Martin
, and
D. M.
Guldi
,
Chem. Soc. Rev.
34
,
31
(
2005
).
5.
S. H.
Yang
,
C. L.
Pettiette
,
J.
Conceicao
,
O.
Cheshnovsky
, and
R. E.
Smalley
,
Chem. Phys. Lett.
139
,
233
(
1987
).
6.
L. S.
Wang
,
J.
Conceicao
,
C. M.
Jin
, and
R. E.
Smalley
,
Chem. Phys. Lett.
182
,
5
(
1991
).
7.
A.
Sassara
,
G.
Zerza
, and
M.
Chergui
,
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
29
,
4997
(
1996
).
8.
X. B.
Wang
,
C. F.
Ding
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
110
,
8217
(
1999
).
9.
C.
Brink
,
L. H.
Andersen
,
P.
Hvelplund
,
D.
Mathur
, and
J. D.
Voldstad
,
Chem. Phys. Lett.
233
,
52
(
1995
).
10.
O.
Gunnarsson
,
H.
Handschuh
,
P. S.
Bechthold
,
B.
Kessler
,
G.
Gantefor
, and
W.
Eberhardt
,
Phys. Rev. Lett.
74
,
1875
(
1995
).
11.
X. B.
Wang
,
H. K.
Woo
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
123
,
051106
(
2005
).
12.
K.
Stochkel
and
J. U.
Andersen
,
J. Chem. Phys.
139
,
164304
(
2013
).
13.
K. A.
Wang
,
A. M.
Rao
,
P. C.
Eklund
,
M. S.
Dresselhaus
, and
G.
Dresselhaus
,
Phys. Rev. B
48
,
11375
(
1993
).
14.
V.
Schettino
,
M.
Pagliai
,
L.
Ciabini
, and
G.
Cardini
,
J. Phys. Chem. A
105
,
11192
(
2001
).
15.
S. F.
Parker
,
S. M.
Bennington
,
J. W.
Taylor
,
H.
Herman
,
I.
Silverwood
,
P.
Albers
, and
K.
Refson
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
7789
(
2011
).
16.
J.
Menendez
and
J. B.
Page
,
Top. Appl. Phys.
76
,
27
(
2000
).
17.
H.
Kuzmany
,
R.
Winkler
, and
T.
Pichler
,
J. Phys.: Condens. Matter
7
,
6601
(
1995
).
18.
M. S.
Dresselhaus
,
G.
Dresselhaus
, and
P. C.
Eklund
,
J. Raman Spectrosc.
27
,
351
(
1996
).
19.
R. H.
Xie
,
G. W.
Bryant
,
L.
Jensen
,
J. J.
Zhao
, and
V. H.
Smith
,
J. Chem. Phys.
118
,
8621
(
2003
).
20.
V.
Schettino
,
P. R.
Salvi
,
R.
Bini
, and
G.
Cardini
,
J. Chem. Phys.
101
,
11079
(
1994
).
21.
C. H.
Choi
,
M.
Kertesz
, and
L.
Mihaly
,
J. Phys. Chem. A
104
,
102
(
2000
).
22.
F.
Negri
and
G.
Orlandi
,
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
29
,
5049
(
1996
).
23.
M. C.
Martin
,
X. Q.
Du
,
J.
Kwon
, and
L.
Mihaly
,
Phys. Rev. B
50
,
173
(
1994
).
24.
D. A.
Jelski
,
L.
Nemes
, and
S. A.
Broughton
,
J. Cluster Sci.
16
,
1
(
2005
).
25.
X. B.
Wang
and
L. S.
Wang
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
073108
(
2008
).
26.
H.
Ramanantoanina
,
M.
Gruden-Pavlovic
,
M.
Zlatar
, and
C.
Daul
,
Int. J. Quantum Chem.
113
,
802
(
2013
).
27.
N.
Iwahara
,
T.
Sato
, and
K.
Tanaka
,
J. Chem. Phys.
136
,
174315
(
2012
).
28.
N.
Iwahara
,
T.
Sato
,
K.
Tanaka
, and
L. F.
Chibotaru
,
Phys. Rev. B
82
,
245409
(
2010
).
29.
F.
Negri
,
G.
Orlandi
, and
F.
Zerbetto
,
Chem. Phys. Lett.
144
,
31
(
1988
).
30.
I. D.
Hands
,
J. L.
Dunn
, and
C. A.
Bates
,
Phys. Rev. B
82
,
155425
(
2010
).
31.
V. C.
Long
,
J. L.
Musfeldt
,
K.
Kamaras
,
A.
Schilder
, and
W.
Schutz
,
Phys. Rev. B
58
,
14338
(
1998
).
32.
I. D.
Hands
,
J. L.
Dunn
,
C. A.
Bates
,
M. J.
Hope
,
S. R.
Meech
, and
D. L.
Andrews
,
Phys. Rev. B
77
,
115445
(
2008
).
33.
J. L.
Dunn
,
A. J.
Lakin
, and
I. D.
Hands
,
New J. Phys.
14
,
083038
(
2012
).
34.
S.
Tomita
,
J. U.
Andersen
,
E.
Bonderup
,
P.
Hvelplund
,
B.
Liu
,
S. B.
Nielsen
,
U. V.
Pedersen
,
J.
Rangama
,
K.
Hansen
, and
O.
Echt
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
053002
(
2005
).
35.
L. S.
Wang
,
C. F.
Ding
,
X. B.
Wang
, and
S. E.
Barlow
,
Rev. Sci. Instrum.
70
,
1957
(
1999
).
36.
X. P.
Xing
,
X. B.
Wang
, and
L. S.
Wang
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
083003
(
2008
).
37.
X. P.
Xing
,
X. B.
Wang
, and
L. S.
Wang
,
J. Phys. Chem. A
114
,
4524
(
2010
).
38.
C. G.
Ning
,
P. D.
Dau
, and
L. S.
Wang
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
263001
(
2010
).
39.
P. D.
Dau
,
H. T.
Liu
,
J. P.
Yang
,
M. O.
Winghart
,
T. J. A.
Wolf
,
A. N.
Unterreiner
,
P.
Weis
,
Y. R.
Miao
,
C. G.
Ning
,
M. M.
Kappes
, and
L. S.
Wang
,
Phys. Rev. A
85
,
064503
(
2012
).
40.
I.
Leon
,
Z.
Yang
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
138
,
184304
(
2013
).
41.
Z.
Yang
,
I.
Leon
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
139
,
021106
(
2013
).
42.
P. D.
Dau
,
H. T.
Liu
,
D. L.
Huang
, and
L. S.
Wang
,
J. Chem. Phys.
137
,
064315
(
2012
).
43.
H. T.
Liu
,
X. G.
Xiong
,
P. D.
Dau
,
Y. L.
Wang
,
D. L.
Huang
,
J.
Li
, and
L. S.
Wang
,
Nat. Commun.
4
,
2201
(
2013
).
44.
H. T.
Liu
,
C. G.
Ning
,
D. L.
Huang
,
P. D.
Dau
, and
L. S.
Wang
,
Angew. Chem. Int. Ed.
52
,
8976
(
2013
).
45.
H. T.
Liu
,
C. G.
Ning
,
D. L.
Huang
, and
L. S.
Wang
,
Angew. Chem. Int. Ed.
53
,
2464
(
2014
).
46.
J.
Cooper
and
R. N.
Zare
,
J. Chem. Phys.
48
,
942
(
1968
);
J.
Cooper
and
R. N.
Zare
,
J. Chem. Phys.
49
,
4252
(
1968
) (Erratum).
47.
R.
Subramanian
,
P.
Boulas
,
M. N.
Vijayashree
,
F.
Dsouza
,
M. T.
Jones
, and
K. M.
Kadish
,
J. Chem. Soc., Chem. Commun.
1994
,
1847
.
48.
G. A.
Garcia
,
L.
Nahon
, and
I.
Powis
,
Rev. Sci. Instrum.
75
,
4989
(
2004
).
49.
V.
Dribinski
,
A.
Ossadtchi
,
V. A.
Mandelshtam
, and
H.
Reisler
,
Rev. Sci. Instrum.
73
,
2634
(
2002
).
50.
K.
Hansen
,
J. U.
Andersen
,
H.
Cederquist
,
C.
Gottrup
,
P.
Hvelplund
,
M. O.
Larsson
,
V. V.
Petrunin
, and
H. T.
Schmidt
,
Eur. Phys. J. D
9
,
351
(
1999
).
51.
H. T.
Liu
,
Y. L.
Wang
,
X. G.
Xiong
,
P. D.
Dau
,
Z. A.
Piazza
,
D. L.
Huang
,
C. Q.
Xu
,
J.
Li
, and
L. S.
Wang
,
Chem. Sci.
3
,
3286
(
2012
).
52.
D. M.
Neumark
,
J. Phys. Chem. A
112
,
13287
(
2008
).
53.
H.
Hotop
and
W. C.
Lineberger
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
14
,
731
(
1985
).
54.
S.
Leach
,
M.
Vervloet
,
A.
Despres
,
E.
Breheret
,
J. P.
Hare
,
T. J.
Dennis
,
H. W.
Kroto
,
R.
Taylor
, and
D. R. M.
Walton
,
Chem. Phys.
160
,
451
(
1992
).
55.
J. B.
Kim
,
M. L.
Weichman
,
T. I.
Yacovitch
,
C.
Shih
, and
D. M.
Neumark
,
J. Chem. Phys.
139
,
104301
(
2013
).
56.
G.
Orlandi
and
F.
Negri
,
Photochem. Photobiol. Sci.
1
,
289
(
2002
).
57.
G. J.
Small
,
J. Chem. Phys.
54
,
3300
(
1971
).
58.
E. P.
Wigner
,
Phys. Rev.
73
,
1002
(
1948
).
59.
O.
Elhamidi
,
J.
Pommier
, and
R.
Abouaf
,
J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys.
30
,
4633
(
1997
).
60.
J.
Huang
,
H. S.
Carman
, and
R. N.
Compton
,
J. Phys. Chem.
99
,
1719
(
1995
).
61.
T.
Jaffke
,
E.
Illenberger
,
M.
Lezius
,
S.
Matejcik
,
D.
Smith
, and
T. D.
Mark
,
Chem. Phys. Lett.
226
,
213
(
1994
).
62.
M.
Lezius
,
P.
Scheier
, and
T. D.
Mark
,
Chem. Phys. Lett.
203
,
232
(
1993
).
63.
P.
Roy
,
R. J.
Bartlett
,
W. J.
Trela
,
T. A.
Ferrett
,
A. C.
Parr
,
S. H.
Southworth
,
J. E.
Hardis
,
V.
Schmidt
, and
J. L.
Dehmer
,
J. Chem. Phys.
94
,
949
(
1991
).
64.
Y.
Kitagawa
,
Y.
Nakanishi
,
T.
Saito
,
K.
Koizumi
,
M.
Shoji
,
S.
Yamada
,
T.
Kawakami
,
M.
Okumura
, and
K.
Yamaguchi
,
Polyhedron
28
,
1750
(
2009
).
65.
S.
Klaiman
,
E. V.
Gromov
, and
L. S.
Cederbaum
,
J. Phys. Chem. Lett.
4
,
3319
(
2013
).
66.
X.
Lu
,
M.
Grobis
,
K. H.
Khoo
,
S. G.
Louie
, and
M. F.
Crommie
,
Phys. Rev. B
70
,
115418
(
2004
).
67.
M.
Feng
,
J.
Zhao
, and
H.
Petek
,
Science
320
,
359
(
2008
).
You do not currently have access to this content.