Vibrational spectra of Xe-tagged cationic silicon oxide clusters SinOm+ with n = 3–5 and m = n, n ± 1 in the gas phase are obtained by resonant infrared multiple photon dissociation (IRMPD) spectroscopy and density functional theory calculations. The SinOm+ clusters are produced in a laser vaporization ion source and Xe complexes are formed after thermalization to 100 K. The clusters are subsequently irradiated with tunable light from an IR free electron laser and changes in the mass distribution yield size-specific IR spectra. The measured IRMPD spectra are compared to calculated linear IR absorption spectra leading to structural assignments. For several clusters, Xe complexation alters the energetic order of the SinOm+ isomers. Common structural motifs include the Si2O2 rhombus, the Si3O2 pentagon, and the Si3O3 hexagon.

1.
S. A.
Claridge
,
A. W.
Castleman
,
S. N.
Khanna
,
C. B.
Murray
,
A.
Sen
, and
P. S.
Weiss
,
ACS Nano
3
,
244
(
2009
).
2.
D. J.
Henry
,
J. Phys. Chem. C
116
,
24814
(
2012
).
3.
D.
Mocatta
,
G.
Cohen
,
J.
Schattner
,
O.
Millo
,
E.
Rabani
, and
U.
Banin
,
Science
332
,
77
(
2011
).
4.
Y.
Niihori
,
W.
Kurashige
,
M.
Matsuzaki
, and
Y.
Negishi
,
Nanoscale
5
,
508
(
2013
).
5.
B. J.
Nagare
,
S.
Jaware
,
D.
Habale
, and
S.
Chavan
,
Comput. Mater. Sci.
68
,
127
(
2013
).
6.
L.
Landt
,
C.
Bostedt
,
D.
Wolter
,
T.
Möller
,
J. E. P.
Dahl
,
R. M. K.
Carlson
,
B. A.
Tkachenko
,
A. A.
Fokin
,
P. R.
Schreiner
,
A.
Kulesza
,
R.
Mitrić
, and
V.
Bonačić-Koutecký
,
J. Chem. Phys.
132
,
144305
(
2010
).
7.
M.
Vörös
,
T.
Demjén
,
T.
Szilvási
, and
A.
Gali
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
267401
(
2012
).
8.
T.
Iwasa
and
A.
Nakajima
,
J. Phys. Chem. C
116
,
14071
(
2012
).
9.
B.
Marsen
,
M.
Lonfat
,
P.
Scheier
, and
K.
Sattler
,
Phys. Rev. B
62
,
6892
(
2000
).
10.
L. T.
Canham
,
Appl. Phys. Lett.
57
,
1046
(
1990
).
11.
A. A.
Gnidenko
and
V. G.
Zavodinsky
,
Semiconductors
42
,
800
(
2008
).
12.
M. A. R.
George
,
M.
Savoca
, and
O.
Dopfer
,
Chem. – Eur. J.
19
,
15315
(
2013
).
13.
M.
Savoca
,
M. A. R.
George
,
J.
Langer
, and
O.
Dopfer
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
15
,
2774
(
2013
).
14.
M.
Savoca
,
J.
Langer
, and
O.
Dopfer
,
Angew. Chem., Int. Ed.
52
,
1568
(
2013
).
15.
R.
Kumar
,
Y.
Kitoh
,
K.
Shigematsu
, and
K.
Hara
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
33
,
909
(
1994
).
16.
T.
Schenkel
,
T.
Schlatholter
,
M. W.
Newman
,
G. A.
Machicoane
,
J. W.
McDonald
, and
A. V.
Hamza
,
J. Chem. Phys.
113
,
2419
(
2000
).
17.
D.
Palagin
and
K.
Reuter
,
ACS Nano
7
,
1763
(
2013
).
18.
B.
Garrido Fernandez
,
M.
López
,
C.
García
,
A.
Pérez-Rodríguez
,
J. R.
Morante
,
C.
Bonafos
,
M.
Carrada
, and
A.
Claverie
,
J. Appl. Phys.
91
,
798
(
2002
).
19.
T.
Inokuma
,
Y.
Wakayama
,
T.
Muramoto
,
R.
Aoki
,
Y.
Kurata
, and
S.
Hasegawa
,
J. Appl. Phys.
83
,
2228
(
1998
).
20.
T.
Shimizu-Iwayama
,
S.
Nakao
, and
K.
Saitoh
,
Appl. Phys. Lett.
65
,
1814
(
1994
).
21.
S. F.
Li
and
X. G.
Gong
,
J. Chem. Phys.
122
,
174311
(
2005
).
22.
A. C.
Reber
,
P. A.
Clayborne
,
J. U.
Reveles
,
S. N.
Khanna
,
A. W.
Castleman
 Jr.
, and
A.
Ali
,
Nano Lett.
6
,
1190
(
2006
).
23.
R.
Zhang
,
M.
Zhao
, and
S.
Lee
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
095503
(
2004
).
24.
H.
Wang
,
J.
Sun
,
W. C.
Lu
,
Z. S.
Li
,
C. C.
Sun
,
C. Z.
Wang
, and
K. M.
Ho
,
J. Phys. Chem. C
112
,
7097
(
2008
).
25.
Q. J.
Zang
,
Z. M.
Su
,
W. C.
Lu
,
C. Z.
Wang
, and
K. M.
Ho
,
J. Phys. Chem. A
110
,
8151
(
2006
).
26.
W. C.
Lu
,
C. Z.
Wang
,
V.
Nguyen
,
M. W.
Schmidt
,
M. S.
Gordon
, and
K. M.
Ho
,
J. Phys. Chem. A
107
,
6936
(
2003
).
27.
H.-P.
Gail
and
E.
Sedlmayr
,
Faraday Discuss.
109
,
303
(
1998
).
28.
S. A.
Krasnokutski
,
G.
Rouillé
,
C.
Jäger
,
F.
Huisken
,
S.
Zhukovska
, and
T.
Henning
,
Astrophys. J.
782
,
15
(
2014
).
29.
K. D.
Gordon
,
A. N.
Witt
, and
B. C.
Friedmann
,
Astrophys. J.
498
,
522
(
1998
).
30.
A. N.
Witt
,
K. D.
Gordon
, and
D. G.
Furton
,
Astrophys. J.
501
,
L111
(
1998
).
31.
J.
Fan
,
J. B.
Nicholas
,
J. M.
Price
,
S. D.
Colson
, and
L.-S.
Wang
,
J. Am. Chem. Soc.
117
,
5417
(
1995
).
32.
L. S.
Wang
,
S. R.
Desai
,
H.
Wu
, and
J. B.
Nicholas
,
Z. Phys. D
40
,
36
(
1997
).
33.
L.-S.
Wang
,
J.
Nicholas
,
M.
Dupuis
,
H.
Wu
, and
S.
Colson
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
4450
(
1997
).
34.
L.-S.
Wang
,
H.
Wu
,
S. R.
Desai
,
J.
Fan
, and
S. D.
Colson
,
J. Phys. Chem.
100
,
8697
(
1996
).
35.
J. S.
Anderson
,
J. Chem. Phys.
51
,
4189
(
1969
).
36.
J. S.
Anderson
,
J. S.
Ogden
, and
M. J.
Ricks
,
Chem. Commun. (London)
1968
,
1585
.
37.
J. S.
Ogden
,
Spectrochim. Acta, Part A
33
,
1059
(
1977
).
38.
E.
Garand
,
D.
Goebbert
,
G.
Santambrogio
,
E.
Janssens
,
P.
Lievens
,
G.
Meijer
,
D. M.
Neumark
, and
K. R.
Asmis
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
10
,
1502
(
2008
).
39.
M.
Okumura
,
L. I.
Yeh
,
J. D.
Myers
, and
Y. T.
Lee
,
J. Chem. Phys.
85
,
2328
(
1986
).
40.
M.
Okumura
,
L. I.
Yeh
, and
Y. T.
Lee
,
J. Chem. Phys.
83
,
3705
(
1985
).
41.
M.
Savoca
,
J.
Langer
,
D. J.
Harding
,
O.
Dopfer
, and
A.
Fielicke
,
Chem. Phys. Lett.
557
,
49
(
2013
).
42.
C.
Kerpal
,
D. J.
Harding
,
A. C.
Hermes
,
G.
Meijer
,
S. R.
Mackenzie
, and
A.
Fielicke
,
J. Phys. Chem. A
117
,
1233
(
2013
).
43.
K.
Mizuse
and
A.
Fujii
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
7129
(
2011
).
44.
K. R.
Asmis
,
T.
Wende
,
M.
Bruemmer
,
O.
Gause
,
G.
Santambrogio
,
E. C.
Stanca-Kaposta
,
J.
Doebler
,
A.
Niedziela
, and
J.
Sauer
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
9377
(
2012
).
45.
R.
Gehrke
,
P.
Gruene
,
A.
Fielicke
,
G.
Meijer
, and
K.
Reuter
,
J. Chem. Phys.
130
,
034306
(
2009
).
46.
D.
Oepts
,
A. F. G.
van der Meer
, and
P. W.
van Amersfoort
,
Infrared Phys. Technol.
36
,
297
(
1995
).
47.
A.
Fielicke
,
G.
von Helden
, and
G.
Meijer
,
Eur. Phys. J. D
34
,
83
(
2005
).
48.
M.
Haertelt
,
J. T.
Lyon
,
P.
Claes
,
J.
de Haeck
,
P.
Lievens
, and
A.
Fielicke
,
J. Chem. Phys.
136
,
064301
(
2012
).
49.
D. J.
Wales
,
Philos. Trans. R. Soc., A
363
,
357
(
2005
).
50.
V.
Blum
,
R.
Gehrke
,
F.
Hanke
,
P.
Havu
,
V.
Havu
,
X.
Ren
,
K.
Reuter
, and
M.
Scheffler
,
Comput. Phys. Commun.
180
,
2175
(
2009
).
51.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
52.
D. J.
Harding
,
C.
Kerpal
,
G.
Meijer
, and
A.
Fielicke
,
J. Phys. Chem. Lett.
4
,
892
(
2013
).
53.
TURBOMOLE V6.3.1, a development of University of Karlsruhe and Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, 1989–2007, TURBOMOLE GmbH, since
2007
.
54.
J.
Perdew
,
Phys. Rev. B
33
,
8822
(
1986
).
55.
A. D.
Becke
,
Phys. Rev. A
38
,
3098
(
1988
).
56.
J.
Tao
,
J.
Perdew
,
V.
Staroverov
, and
G.
Scuseria
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
146401
(
2003
).
57.
D.
Rappoport
and
F.
Furche
,
J. Chem. Phys.
133
,
134105
(
2010
).
58.
A.
Hellweg
,
C.
Hättig
,
S.
Höfener
, and
W.
Klopper
,
Theor. Chem. Acc.
117
,
587
(
2007
).
59.
K.
Eichkorn
,
O.
Treutler
,
H.
Öhm
,
M.
Häser
, and
R.
Ahlrichs
,
Chem. Phys. Lett.
240
,
283
(
1995
).
60.
R.
Beer
,
D. L.
Lambert
, and
C.
Sneden
,
Publ. Astron. Soc. Pac.
86
,
806
(
1974
).
61.
R. V.
Olkhov
,
S. A.
Nizkorodov
, and
O.
Dopfer
,
Chem. Phys.
239
,
393
(
1998
).
62.
M.
Jadraque
,
M.
Santos
,
L.
Díaz
,
J.
Álvarez-Ruiz
, and
M.
Martín
,
J. Phys. Chem. A
113
,
10880
(
2009
).
63.
M.
Dupuis
and
J. B.
Nicholas
,
Mol. Phys.
96
,
549
(
1999
).
64.
P. V.
Avramov
,
I.
Adamovic
,
K.-M.
Ho
,
C. Z.
Wang
,
W. C.
Lu
, and
M. S.
Gordon
,
J. Phys. Chem. A
109
,
6294
(
2005
).
65.
A. C.
Reber
,
S.
Paranthaman
,
P. A.
Clayborne
,
S. N.
Khanna
, and
A. W.
Castleman
,
ACS Nano
2
,
1729
(
2008
).
66.
H.-B.
Du
,
S.-P.
Huang
,
A.
de Sarkar
,
W.-J.
Fan
,
Y.
Jia
, and
R.-Q.
Zhang
, “
Electronic and vibrational properties of stable isomers of |$({\rm SiO})_n^{(0,\pm)}\break (n = 2{-}7)$|( SiO )n(0,±)(n=27) clusters
,”
J. Phys. Chem. A
(published online
2014
).
67.
T. S.
Chu
,
R. Q.
Zhang
, and
H. F.
Cheung
,
J. Phys. Chem. B
105
,
1705
(
2001
).
68.
S.-X.
Hu
,
J.-G.
Yu
, and
E. Y.
Zeng
,
J. Phys. Chem. A
114
,
10769
(
2010
).
69.
A. E.
Reed
,
R. B.
Weinstock
, and
F.
Weinhold
,
J. Chem. Phys.
83
,
735
(
1985
).
70.
J.
Chelikowsky
,
Phys. Rev. B
57
,
3333
(
1998
).
71.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4894406 for frequencies, structural coordinates, and IR spectra of various isomers of SinOm+(–Xe) clusters.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.