The high resolution near edge X-ray absorption fine structure spectrum of nitrogen displays the vibrational structure of the core-excited states. This makes nitrogen well suited for assessing the accuracy of different electronic structure methods for core excitations. We report high resolution experimental measurements performed at the SOLEIL synchrotron facility. These are compared with theoretical spectra calculated using coupled cluster theory and algebraic diagrammatic construction theory. The coupled cluster singles and doubles with perturbative triples model known as CC3 is shown to accurately reproduce the experimental excitation energies as well as the spacing of the vibrational transitions. The computational results are also shown to be systematically improved within the coupled cluster hierarchy, with the coupled cluster singles, doubles, triples, and quadruples method faithfully reproducing the experimental vibrational structure.

1.
F.
Holch
,
D.
Hübner
,
R.
Fink
,
A.
Schöll
, and
E.
Umbach
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
184
,
452
(
2011
).
2.
C.
Garino
,
E.
Borfecchia
,
R.
Gobetto
,
J. A.
van Bokhoven
, and
C.
Lamberti
,
Coord. Chem. Rev.
277
,
130
(
2014
), following Chemical Structures using Synchrotron Radiation.
3.
J.
Stöhr
,
NEXAFS Spectroscopy
, 1st ed. (
Springer-Verlag Berlin Heidelberg
,
New York
,
1992
).
4.
M.
Chergui
and
E.
Collet
,
Chem. Rev.
117
,
11025
(
2017
).
5.
O.
Plekan
,
V.
Feyer
,
R.
Richter
,
M.
Coreno
,
M.
de Simone
,
K.
Prince
,
A.
Trofimov
,
E.
Gromov
,
I.
Zaytseva
, and
J.
Schirmer
,
Chem. Phys.
347
,
360
(
2008
).
6.
V.
Feyer
,
O.
Plekan
,
R.
Richter
,
M.
Coreno
,
M.
de Simone
,
K. C.
Prince
,
A. B.
Trofimov
,
I. L.
Zaytseva
, and
J.
Schirmer
,
J. Phys. Chem. A
114
,
10270
(
2010
).
7.
T. J. A.
Wolf
,
R. H.
Myhre
,
J. P.
Cryan
,
A.
Battistoni
,
N.
Berrah
,
C.
Bostedt
,
P.
Bucksbaum
,
R. N.
Coffee
,
G.
Coslovich
,
R.
Feifel
,
K. J.
Gaffney
,
J.
Grilj
,
T. J.
Martínez
,
S.
Miyabe
,
S. P.
Moeller
,
M.
Mucke
,
A.
Natan
,
R.
Obaid
,
T.
Osipov
,
O.
Plekan
,
S.
Wang
,
H.
Koch
, and
M.
Gühr
,
Nat. Commun.
8
,
2041
(
2017
).
8.
A. R.
Attar
,
A.
Bhattacherjee
,
C. D.
Pemmaraju
,
K.
Schnorr
,
K. D.
Closser
,
D.
Prendergast
, and
S. R.
Leone
,
Science
356
,
54
(
2017
).
9.
T.
Popmintchev
,
M.-C.
Chen
,
D.
Popmintchev
,
P.
Arpin
,
S.
Brown
,
S.
Ališauskas
,
G.
Andriukaitis
,
T.
Balčiunas
,
O. D.
Mücke
,
A.
Pugzlys
,
A.
Baltuška
,
B.
Shim
,
S. E.
Schrauth
,
A.
Gaeta
,
C.
Hernández-García
,
L.
Plaja
,
A.
Becker
,
A.
Jaron-Becker
,
M. M.
Murnane
, and
H. C.
Kapteyn
,
Science
336
,
1287
(
2012
).
10.
A.
Picón
,
C. S.
Lehmann
,
C. B. A.
Rudenko
,
A.
Marinelli
,
T.
Osipov
,
D.
Rolles
,
N.
Berrah
,
C.
Bomme
,
M.
Bucher
,
G.
Doumy
,
B.
Erk
,
K. R.
Ferguson
,
T.
Gorkhover
,
P. J.
Ho
,
E. P.
Kanter
,
B.
Krässig
,
J.
Krzywinski
,
A. A.
Lutman
,
A. M.
March
,
D.
Moonshiram
,
D.
Ray
,
L.
Young
,
S. T.
Pratt
, and
S. H.
Southworth
,
Nat. Commun.
7
,
11652
(
2016
).
11.
S. M.
Teichmann
,
F.
Silva
,
S. L.
Cousin
,
M.
Hemmer
, and
J.
Biegert
,
Nat. Commun.
7
,
11493
(
2016
).
12.
Y.
Pertot
,
C.
Schmidt
,
M.
Matthews
,
A.
Chauvet
,
M.
Huppert
,
V.
Svoboda
,
A.
von Conta
,
A.
Tehlar
,
D.
Baykusheva
,
J.-P.
Wolf
, and
H. J.
Wörner
,
Science
355
,
264
(
2017
).
13.
J.
Wenzel
,
M.
Wormit
, and
A.
Dreuw
,
J. Comput. Chem.
35
,
1900
(
2014
).
14.
S.
Fatehi
,
C. P.
Schwartz
,
R. J.
Saykally
, and
D.
Prendergast
,
J. Chem. Phys.
132
,
094302
(
2010
).
15.
O.
Plekan
,
V.
Feyer
,
R.
Richter
,
M.
Coreno
,
M.
de Simone
,
K.
Prince
, and
V.
Carravetta
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
155
,
47
(
2007
).
16.
I.
Bâldea
,
B.
Schimmelpfennig
,
M.
Plaschke
,
J.
Rothe
,
J.
Schirmer
,
A.
Trofimov
, and
T.
Fanghänel
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
154
,
109
(
2007
).
17.
S.
Coriani
,
T.
Fransson
,
O.
Christiansen
, and
P.
Norman
,
J. Chem. Theory Comput.
8
,
1616
(
2012
).
18.
J.
Wenzel
,
M.
Wormit
, and
A.
Dreuw
,
J. Chem. Theory Comput.
10
,
4583
(
2014
).
19.
E. J.
Davidson
,
J. Comput. Phys.
17
,
87
(
1975
).
20.
P. S.
Bagus
,
Phys. Rev.
139
,
A619
(
1965
).
21.
C.
Lanczos
,
J. Res. Natl. Bur. Stand.
45
,
225
(
1950
).
22.
S.
Coriani
,
O.
Christiansen
,
T.
Fransson
, and
P.
Norman
,
Phys. Rev. A
85
,
022507
(
2012
).
23.
S. H.
Southworth
,
R.
Wehlitz
,
A.
Picón
,
C. S.
Lehmann
,
L.
Cheng
, and
J. F.
Stanton
,
J. Chem. Phys.
142
,
224302
(
2015
).
24.
L. S.
Cederbaum
,
W.
Domcke
, and
J.
Schirmer
,
Phys. Rev. A
22
,
206
(
1980
).
25.
A.
Barth
and
J.
Schirmer
,
J. Phys. B: At. Mol. Phys.
18
,
867
(
1985
).
26.
A. B.
Trofimov
,
T. É.
Moskovskaya
,
E. V.
Gromov
,
N. M.
Vitkovskaya
, and
J.
Schirmer
,
J. Struct. Chem.
41
,
483
(
2000
).
27.
M.
Wormit
,
D. R.
Rehn
,
P. H.
Harbach
,
J.
Wenzel
,
C. M.
Krauter
,
E.
Epifanovsky
, and
A.
Dreuw
,
Mol. Phys.
112
,
774
(
2014
).
28.
S.
Coriani
and
H.
Koch
,
J. Chem. Phys.
143
,
181103
(
2015
).
29.
H.
Koch
,
O.
Christiansen
,
P.
Jørgensen
,
A. M.
Sánchez de Merás
, and
T.
Helgaker
,
J. Chem. Phys.
106
,
1808
(
1997
).
30.
R. H.
Myhre
and
H.
Koch
,
J. Chem. Phys.
145
,
044111
(
2016
).
31.
D. A.
Matthews
and
J. F.
Stanton
,
J. Chem. Phys.
142
,
064108
(
2015
).
32.
J. H.
Baraban
,
D. A.
Matthews
, and
J. F.
Stanton
,
J. Chem. Phys.
144
,
111102
(
2016
).
33.
K. G.
Dyall
,
J. Chem. Phys.
106
,
9618
(
1997
).
34.
W.
Liu
and
D.
Peng
,
J. Chem. Phys.
131
,
031104
(
2009
).
35.
H.
Koch
and
P.
Jørgensen
,
J. Chem. Phys.
93
,
3333
(
1990
).
36.
T. B.
Pedersen
and
H.
Koch
,
J. Chem. Phys.
106
,
8059
(
1997
).
37.
J. F.
Stanton
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
98
,
7029
(
1993
).
38.
K.
Aidas
 et al,
Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
4
,
269
(
2013
).
39.
J. F.
Stanton
 et al, CFOUR, coupled-cluster techniques for computational chemistry http://www.cfour.de,
2015
.
40.
L.
Cheng
and
J.
Gauss
,
J. Chem. Phys.
135
,
084114
(
2011
).
41.
Y.
Shao
 et al,
Mol. Phys.
113
,
184
(
2015
).
42.
D.
Sundholm
,
J.
Gauss
, and
A.
Schäfer
,
J. Chem. Phys.
105
,
11051
(
1996
).
43.
D. E.
Woon
and
T. H.
Dunning
,
J. Chem. Phys.
103
,
4572
(
1995
).
44.
R. A.
Kendall
,
T. H.
Dunning
, and
R. J.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
96
,
6796
(
1992
).
45.
C.
Miron
,
C.
Nicolas
,
O.
Travnikova
,
P.
Morin
,
Y.
Sun
,
F.
Gel’mukhanov
,
N.
Kosugi
, and
V.
Kimberg
,
Nat. Phys.
8
,
1745
(
2012
).
46.
C. T.
Chen
,
Y.
Ma
, and
F.
Sette
,
Phys. Rev. A
40
,
6737
(
1989
).
47.
R. N.
Sodhi
and
C.
Brion
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
34
,
363
(
1984
).
48.
See https://www.synchrotron-soleil.fr/en/beamlines/pleiades for more information about the beamline.
49.
D. I.
Lyakh
,
M.
Musiał
,
V. F.
Lotrich
, and
R. J.
Bartlett
,
Chem. Rev.
112
,
182
(
2012
).
50.
G.
Schaftenaar
and
J.
Noordik
,
J. Comput.-Aided Mol. Des.
14
,
123
(
2000
).
51.
M. S.
Schöffler
,
J.
Titze
,
N.
Petridis
,
T.
Jahnke
,
K.
Cole
,
L. P. H.
Schmidt
,
A.
Czasch
,
D.
Akoury
,
O.
Jagutzki
,
J. B.
Williams
,
N. A.
Cherepkov
,
S. K.
Semenov
,
C. W.
McCurdy
,
T. N.
Rescigno
,
C. L.
Cocke
,
T.
Osipov
,
S.
Lee
,
M. H.
Prior
,
A.
Belkacem
,
A. L.
Landers
,
H.
Schmidt-Böcking
,
T.
Weber
, and
R.
Dörner
,
Science
320
,
920
(
2008
).
52.
D.
Kánnár
and
P. G.
Szalay
,
J. Chem. Theory Comput.
10
,
3757
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.