Accurate variational high-resolution spectra calculations in the range 0-8000 cm−1 are reported for the first time for the monodeutered methane (12CH3D). Global calculations were performed by using recent ab initio surfaces for line positions and line intensities derived from the main isotopologue 12CH4. Calculation of excited vibrational levels and high-J rovibrational states is described by using the normal mode Eckart-Watson Hamiltonian combined with irreducible tensor formalism and appropriate numerical procedures for solving the quantum nuclear motion problem. The isotopic H→D substitution is studied in details by means of symmetry and nonlinear normal mode coordinate transformations. Theoretical spectra predictions are given up to J = 25 and compared with the HITRAN 2012 database representing a compilation of line lists derived from analyses of experimental spectra. The results are in very good agreement with available empirical data suggesting that a large number of yet unassigned lines in observed spectra could be identified and modeled using the present approach.

1.
M.
Khalil
,
Annu. Rev. Energy Environ.
24
,
645
(
1999
).
2.
C. A.
Nixon
,
B.
Temelso
,
S.
Vinatier
,
N. A.
Teanby
,
B.
Bézard
,
R. K.
Achterberg
,
K. E.
Mandt
,
C. D.
Sherrill
,
P. G. J.
Irwin
,
D. E.
Jennings
,
P. N.
Romani
,
A.
Coustenis
, and
F. M.
Flasar
,
Astrophys. J.
749
,
159
(
2012
).
3.
G.
Tinetti
,
A.
Vidal Madjar
,
D.
Liang
,
J. P.
Beaulieu
 et al.,
Nature
448
,
169
(
2007
).
4.
M. R.
Swain
,
P.
Deroo
,
C. A.
Griffith
,
G.
Tinetti
 et al.,
Nature
463
,
637
(
2010
).
5.
R. J.
Hargreaves
,
C. A.
Beale
,
L.
Michaux
,
M.
Irfan
, and
P. F.
Bernath
,
Astrophys.l J.
757
,
46
(
2012
).
6.
P. G. J.
Irwin
,
C.
de Bergh
,
R.
Courtin
,
B.
Bézard
,
N. A.
Teanby
,
G. R.
Davis
,
L. N.
Fletcher
,
G. S.
Orton
,
S. B.
Calcutt
,
D.
Tice
, and
J.
Hurley
,
Icarus
220
,
369
(
2012
).
7.
C. D.
Bergh
,
R.
Courtin
,
B.
Bezard
,
A.
Coustenis
,
E.
Lellouch
,
M.
Hirtzig
,
P.
Rannou
,
P.
Drossart
,
A.
Campargue
,
S.
Kassi
,
L.
Wang
,
V.
Boudon
,
A.
Nikitin
, and
V.
Tyuterev
,
Planet Space Sci.
61
,
85
(
2012
).
8.
L. A.
Sromovsky
,
P. M.
Fry
,
V.
Boudon
,
A.
Campargue
, and
A.
Nikitin
,
Icarus
218
,
1
(
2012
).
9.
G.
Tinetti
,
T.
Encrenaz
, and
A.
Coustenis
,
Astron. Astrophys. Rev.
21
,
63
(
2013
).
10.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
ApJ
789
,
1
(
2014
).
11.
Y.
Lu
,
D.
Mondelain
,
S.
Kassi
, and
A.
Campargue
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
112
,
2683
(
2011
).
12.
R.
Beer
and
F. W.
Taylor
,
Astrophys. J.
219
,
763
(
1978
).
13.
C. D.
Parkinson
,
L.
Ben-Jaffel
, and
J. C.
McConnell
,
Bull. Am. Astron. Soc.
33
,
1042
(
2001
).
14.
R.
Marquardt
and
M.
Quack
,
J. Chem. Phys.
109
,
10628
(
1998
).
15.
R.
Marquardt
and
M.
Quack
,
J. Phys. Chem. A
108
,
3166
(
2004
).
16.
D. W.
Schwenke
and
H.
Partridge
,
Spectrochim. Acta A
57
,
887
(
2001
).
17.
D. W.
Schwenke
,
Spectrochim. Acta A
58
,
849
(
2002
).
18.
T.
Carrington
 Jr.
,
Can. J. Chem.
82
,
900
(
2003
).
19.
X. G.
Wang
and
T.
Carrington
 Jr.
,
J. Chem. Phys.
121
,
2937
(
2004
).
20.
X. G.
Wang
and
T.
Carrington
 Jr.
,
J. Chem. Phys.
119
,
101
(
2003
).
21.
X. G.
Wang
and
E. L.
Sibert
 III
,
J. Chem. Phys.
111
,
4510
(
1999
).
22.
X. G.
Wang
and
E. L.
Sibert
 III
,
Spectrochim. Acta, Part A
58
,
863
(
2002
).
23.
P.
Cassam-Chenaï
,
Y.
Bouret
,
M.
Rey
,
S. A.
Tashkun
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
Int J. Quantum Chem.
112
,
2201
(
2012
).
24.
D. A.
Sadovskii
,
D. N.
Kozlov
, and
P. P.
Radi
,
Phys. Rev. A
82
,
012503
(
2010
).
25.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Chem. Phys.
136
,
224106
(
2012
).
26.
A. V.
Nikitin
,
M.
Rey
, and
V. G.
Tyuterev
,
Chem. Phys. Lett.
501
,
179
(
2011
).
27.
P.
Cassam-Chenaï
and
J.
Liévin
,
J. Chem. Phys.
136
,
174309
(
2012
).
28.
R.
Warmbier
,
R.
Schneider
,
A. R.
Sharma
,
B. J.
Braams
,
J. M.
Bowman
, and
P. H.
Hauschildt
,
Astron. Astrophys.
495
,
655
(
2009
).
29.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Mol. Spectrosc.
291
,
85
(
2013
).
30.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
15
,
10049
(
2013
).
31.
H.
Hollenstein
,
R. R.
Marquardt
,
M.
Quack
, and
M.
Suhm
,
J. Chem. Phys.
101
,
3588
(
1994
).
32.
X. G.
Wang
and
T.
Carrington
 Jr.
,
J. Chem. Phys.
123
,
154303
(
2005
).
33.
J. W.
Perry
,
D. J.
Moll
,
A.
Kuppermann
, and
A. H.
Zewail
,
J. Chem. Phys.
82
,
1195
(
1985
).
34.
K. E.
Deng
,
X. G.
Wang
,
H.
Lin
,
D.
Wang
, and
Q.
Zhu
,
Mol. Phys.
97
,
787
(
1999
).
35.
L.
Halonen
and
M. S.
Child
,
Mol. Phys.
46
,
239
(
1982
).
36.
L.
Halonen
and
M. S.
Child
,
Comput. Phys. Commun.
51
,
173
(
1988
).
37.
G. A.
Voth
,
R. A.
Marcus
, and
A. H.
Zewail
,
J. Chem. Phys.
81
,
5494
(
1984
).
38.
39.
G.
Tarrago
,
M.
Delaveau
,
L.
Fusina
, and
G.
Guelachvili
,
J. Mol. Spectrosc.
126
,
149
(
1987
).
40.
C. B.
Suárez
,
Spectrosc. Lett.
28
,
429
(
1995
).
41.
A.
Nikitin
,
J. P.
Champion
,
V. G.
Tyuterev
,
L. R.
Brown
,
G.
Mellau
, and
M.
Lock
,
J. Mol. Struct.
517–518
,
1
(
2000
).
42.
A.
Nikitin
,
L. R.
Brown
,
L.
Féjard
,
J. P.
Champion
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Mol. Spectrosc.
216
,
225
(
2002
).
43.
L. R.
Brown
,
A.
Nikitin
,
D. Chris
Banner
,
V.
Malathy Devi
 et al.,
J. Mol. Struct.
695–696
,
181
(
2004
).
44.
A.
Nikitin
,
J. P.
Champion
, and
L. R.
Brown
,
J. Mol. Spectrosc.
240
,
14
(
2006
).
45.
A. V.
Nikitin
,
L. R.
Brown
,
K.
Sung
,
M.
Rey
,
V. G.
Tyuterev
,
M. A. H.
Smith
, and
A. W.
Mantz
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
114
,
1
(
2013
).
46.
L. S.
Rothman
,
I. E.
Gordon
,
Y.
Babikov
,
A.
Barbe
 et al.,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
130
,
4
(
2013
).
47.
L. R.
Brown
,
K.
Sung
,
D. C.
Benner
,
V. M.
Devi
 et al.,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
130
,
201
(
2013
).
48.
A. V.
Niktin
,
O. M.
Lyulin
,
S. N.
Mikhailenko
,
V. I.
Perevalov
 et al.,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
111
,
2211
(
2010
).
49.
A.
Campargue
,
O.
Leshchishina
,
L.
Wang
,
D.
Mondelain
, and
S.
Kassi
,
J. Mol. Spectrosc.
291
,
16
(
2013
).
50.
O. N.
Ulenikov
,
E. S.
Bekhtereva
,
S.
Albert
,
S.
Bauerecker
,
H.
Hollenstein
, and
M.
Quack
,
Mol. Phys.
108
,
1209
(
2010
).
51.
Y.
Perez Delgado
,
E. L.
Lewis
,
C. J.
Moehnke
,
M. C.
Salazar
,
A. J.
Hernandez
, and
C. E.
Manzanares
,
Mol. Phys.
107
,
1367
(
2009
).
52.
H.
Partridge
and
D. W.
Schwenke
,
J. Chem. Phys.
106
,
4618
(
1997
).
53.
T.
Cours
,
P.
Rosmus
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Chem. Phys.
117
,
5192
(
2002
).
54.
O.
Polyansky
,
A.
Császár
,
S.
Shirin
,
N.
Zobov
,
P.
Barletta
,
J.
Tennyson
,
D.
Schwenke
, and
P.
Knowles
,
Sciences
299
,
539
(
2003
).
55.
V. G.
Tyuterev
,
L.
Régalia-Jarlot
,
D. W.
Schwenke
,
S. A.
Tashkun
, and
Y. G.
Borkov
,
C. R. Phys.
5
,
189
(
2004
).
56.
A.
Nikitin
,
F.
Holka
,
V. G.
Tyuterev
, and
J.
Fremont
,
J. Chem. Phys.
130
,
244312
(
2009
).
57.
S.
Yurchenko
,
J.
Zheng
,
H.
Lin
,
P.
Jensen
, and
W.
Thiel
,
J. Chem. Phys.
123
,
134308
(
2005
).
58.
X.
Huang
,
D. W.
Schwenke
, and
T. J.
Lee
,
J. Phys. Chem. A
113
,
11954
(
2009
).
59.
S.
Carter
,
A. R.
Sharma
,
J.
Bowman
,
P.
Rosmus
, and
R.
Tarroni
,
J. Chem. Phys.
131
,
224106
(
2009
).
60.
P.
Barletta
,
S. V.
Shirin
,
N. F.
Zobov
,
O. L.
Polyansky
,
J.
Tennyson
,
E. F.
Valeev
, and
A. G.
Császár
,
J. Chem. Phys.
125
,
204307
(
2006
).
61.
P. G.
Szalay
,
F.
Holka
,
J.
Fremont
,
M.
Rey
,
K. A.
Peterson
, and
V. G.
Tyuterev
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
13
,
3654
(
2011
).
62.
F.
Holka
,
P. G.
Szalay
,
J.
Fremont
,
M.
Rey
,
K. A.
Peterson
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Chem. Phys.
134
,
094306
(
2011
).
63.
M.
Pavanello
,
L.
Adamowicz
,
A.
Alijah
,
N. F.
Zobov
,
I. I.
Mizus
,
O. L.
Polyansky
,
J.
Tennyson
,
T.
Szidarovszky
, and
A. G.
Császár
,
J. Chem. Phys.
136
,
184303
(
2012
).
64.
V. G.
Tyuterev
,
R.
Kochanov
,
S.
Tashkun
,
F.
Holka
, and
P. G.
Szalay
,
J. Chem. Phys.
139
,
134307
(
2013
).
65.
A. V.
Nikitin
,
X.
Thomas
,
L.
Régalia
,
L.
Daumont
,
P.
Von der Heyden
,
V. G.
Tyuterev
,
L.
Wang
,
S.
Kassi
, and
A.
Campargue
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
112
,
28
(
2011
).
66.
A. V.
Nikitin
,
M.
Rey
, and
V. G.
Tyuterev
,
Chem. Phys. Lett.
565
,
5
(
2013
).
67.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
Mol. Phys.
108
,
2121
(
2010
).
69.
J. D.
Louck
and
H. W.
Galbraith
,
Rev. Mod. Phys.
48
,
69
(
1976
).
70.
L. C.
Biederharn
and
J. D.
Louck
,
Angular Momentum in Quantum Physics
(
Cambridge University Press
,
New York
,
1985
).
71.
F. O.
Meyer
 III
and
R. W.
Redding
,
J. Mol. Spectrosc.
70
,
410
(
1978
).
72.
R. W.
Redding
and
F. O.
Meyer
 III
,
J. Mol. Spectrosc.
74
,
486
(
1979
).
73.
E. B.
Wilson
,
J. C.
Decius
, and
P. C.
Cross
,
Molecular Vibrations
(
McGraw-Hill
,
New York
,
1955
).
74.
P. R.
Bunker
and
P.
Jensen
,
Molecular Symmetry and Spectroscopy
(
NRC-CNRC
,
Ottawa
,
1998
).
75.
A. R.
Hoy
,
I. M.
Mills
, and
G.
Strey
,
Mol. Phys.
24
,
1265
(
1972
).
76.
M. R.
Aliev
, and
J. K. G.
Watson
, in
Higher-Order Effects in the Vibration-Rotation Spectra of Semirigid Molecules
, edited by
K. N.
Rao
(
Academic Press
,
London
,
1985
).
77.
78.
T. J.
Lee
,
J. M. L.
Martin
, and
P. R.
Taylor
,
J. Chem. Phys.
102
,
254
(
1995
).
79.
J. K. G.
Watson
,
J. Mol. Spectrosc.
228
,
645
(
2004
).
80.
B. T.
Sutcliffe
in
Coordinate Systems and Transformations
, edited by
S.
Wilson
(
John Wiley & Sons
,
2003
).
81.
J. D.
Louck
,
J. Mol. Spectrosc.
61
,
107
(
1976
).
83.
Y.
Makushkin
and
O.
Ulenikov
,
J. Mol. Spectrosc.
68
,
1
(
1977
).
84.
B.
Crawford
 Jr.
,
J. Chem. Phys.
20
,
977
(
1952
).
85.
B. P.
Winnewisser
and
J. K. G.
Watson
,
J. Mol. Spectrosc.
205
,
227
(
2001
).
86.
A. D.
Bykov
,
Y. S.
Makushkin
, and
O. N.
Ulenikov
,
J. Mol. Spectrosc.
93
,
46
(
1982
).
87.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4890956 for the complete line list of 12CH3D up to 5000 cm−1 and for the potential force constants in C3v symmetry coordinates.
88.
V. G.
Tyuterev
,
S.
Tashkun
,
M.
Rey
,
R.
Kochanov
,
A. V.
Nikitin
, and
T.
Delahaye
,
J. Phys. Chem. A
117
,
13779
(
2013
).
89.
A. V.
Nikitin
,
J. P.
Champion
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Mol. Spectrosc.
182
,
72
(
1997
).
90.
A. V.
Nikitin
,
M.
Rey
,
J. P.
Champion
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
113
,
1034
(
2012
).
91.
J.
Moret-Bailly
,
Cah. Phys.
15
,
237
(
1961
).
92.
B.
Zhilinskii
,
Opt. Spectrosc.
51
,
262
(
1981
).
93.
S. N.
Yurchenko
,
W.
Thiel
, and
P.
Jensen
,
J. Mol. Spectrosc.
245
,
126
(
2007
).
94.
G.
Avila
and
T.
Carrington
 Jr.
,
J. Chem. Phys.
135
,
064101
(
2011
).
95.
S.
Carter
,
A. R.
Sharma
, and
J. M.
Bowman
,
J. Chem. Phys.
137
,
154301
(
2012
).
96.
C.
Fábri
,
E.
Mátyus
,
T.
Furtenbacher
,
L.
Nemes
,
B.
Mihály
,
T.
Zoltáni
, and
A.
Császár
,
J. Chem. Phys.
135
,
094307
(
2011
).
97.
A.
Császár
,
C.
Fábri
,
T.
Szidarovszky
,
E.
Mátyus
,
T.
Furtenbache
, and
G.
Czakó
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
14
,
1085
(
2012
).
98.
J.-Q.
Chen
,
J.
Ping
, and
F.
Wang
,
Group Representation Theory for Physicists
, 2nd ed. (
World Scientific
,
Singapore
,
2002
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.