In this paper, we report accurate first-principles variational rovibrational spectra predictions for the three double deuterated ethylene isotopologs denoted as cis, trans, and as-12C2H2D2. Calculations were performed in the framework of the normal-mode approach using our ab initio12C2H4 (D2h) Born-Oppenheimer potential energy and dipole moment surfaces. Symmetry breaking effects under bideuterated H → D substitutions (D2hC2v/C2h) and their impact on infrared spectra are studied from normal mode transformations. All theoretical spectra simulated at 296 K up to J = 38 are in good agreement, both for line positions and in absorption cross sections, with the experiment. Accurate theoretical line lists providing for the first time intensities of rovibrational transitions are computed for the three species in the range (0–4500) cm−1 and will be available on our TheoReTS information system (http://theorets.univ-reims.fr and http://theorets.tsu.ru). These results can be used for remote sensing retrieval of isotopic species using predicted line intensities and experimentally optimized line positions.

1.
F.
Abeles
,
P.
Morgan
, and
J.
Saltveit
,
Ethylene in Plant Biology
, 2nd ed. (
Elsevier, Inc.
,
2012
), pp.
1
414
.
2.
F.
Abeles
and
F.
Takeda
,
Sci. Hortic.
42
,
269
(
1990
).
3.
R.
Holm
and
F.
Abeles
,
Planta
78
,
293
(
1968
).
4.
F.
Abeles
,
J.
Ruth
,
L.
Forrence
, and
G. R.
Leather
,
Plant Physiol.
49
,
669
(
1972
).
5.
J. E. M.
Beyer
,
Plant Physiol.
49
,
672
(
1972
).
6.
T.
Kostiuk
,
Infrared Phys. Technol.
35
,
243
(
1994
).
7.
P.
Romani
,
D.
Jennings
,
G.
Bjoraker
,
P.
Sada
,
G.
McCabe
, and
R.
Boyle
,
Icarus
198
,
420
(
2008
).
8.
D.
Jennings
,
R.
Achterberg
,
B.
Bézard
,
G.
Bjoraker
,
J.
Brasunas
,
R.
Carlson
,
A.
Coustenis
,
F.
Flasar
,
P.
Irwin
,
V.
Kunde
,
A.
Mamoutkine
,
C.
Nixon
,
G.
Orton
,
J.
Pearl
,
P.
Romani
,
M.
Segura
,
A.
Simon-Miller
,
E.
Wishnow
, and
S.
Vinatier
,
Optics InfoBase Conference Papers
,
2007
.
9.
J.
Moses
,
B.
Bézard
,
E.
Lellouch
,
G.
Gladstone
,
H.
Feuchtgruber
, and
M.
Allen
,
Icarus
143
,
244
(
2000
).
10.
B.
Hesman
,
G.
Bjoraker
,
P.
Sada
,
R.
Achterberg
,
D.
Jennings
,
P.
Romani
,
A.
Lunsford
,
L.
Fletcher
,
R.
Boyle
,
A.
Simon-Miller
,
C.
Nixon
, and
P.
Irwin
,
Astrophys. J.
760
,
24
(
2012
).
11.
R.
Hu
and
S.
Seager
,
Astrophys. J.
784
,
63
(
2014
).
12.
A.
Coustenis
,
R.
Achterberg
,
B.
Conrath
,
D.
Jennings
,
A.
Marten
,
D.
Gautier
,
C.
Nixon
,
F.
Flasar
,
N.
Teanby
,
B.
Bézard
,
R.
Samuelson
,
R.
Carlson
,
E.
Lellouch
,
G.
Bjoraker
,
P.
Romani
,
F.
Taylor
,
P.
Irwin
,
T.
Fouchet
,
A.
Hubert
,
G.
Orton
,
V.
Kunde
,
S.
Vinatier
,
J.
Mondellini
,
M.
Abbas
, and
R.
Courtin
,
Icarus
189
,
35
(
2007
).
13.
A.
Coustenis
and
B.
Bézard
,
Icarus
115
,
126
(
1995
).
14.
A.
Coustenis
,
B.
Bézard
,
D.
Gautier
,
A.
Marten
, and
R.
Samuelson
,
Icarus
89
,
152
(
1991
).
15.
S.
Vinatier
,
B.
Bézard
,
C.
Nixon
,
A.
Mamoutkine
,
R.
Carlson
,
D.
Jennings
,
E.
Guandique
,
N.
Teanby
,
G.
Bjoraker
,
F.
Michael Flasar
, and
V.
Kunde
,
Icarus
205
,
559
(
2010
).
16.
J.
Linsky
,
B.
Draine
,
H.
Moos
,
E.
Jenkins
,
B.
Wood
,
C.
Oliveira
,
W.
Blair
,
S.
Friedman
,
C.
Gry
,
D.
Knauth
,
J.
Kruk
,
S.
Lacour
,
N.
Lehner
,
S.
Redfield
,
J.
Shull
,
G.
Sonneborn
, and
G.
Williger
,
Astrophys. J.
647
,
1106
(
2006
).
17.
E.
Lellouch
, European Space Agency, (Special Publication) ESA SP 287,
2001
.
18.
T.
Millar
,
Plasma Sources Sci. Technol.
24
,
043001
(
2015
).
19.
W.
Colby
,
Phys. Rev.
47
,
388
(
1935
).
20.
G.
Di Lonardo
,
A.
Baldan
,
G.
Bramati
, and
L.
Fusina
,
J. Mol. Spectrosc.
213
,
57
(
2002
).
21.
M.
Herman
,
A.
Campargue
,
M.
El Idrissi
, and
J.
Vander Auwera
,
J. Phys. Chem. Ref. Data
32
,
921
(
2003
).
22.
D.
Jacquemart
,
J.-Y.
Mandin
,
V.
Dana
,
C.
Claveau
,
J.
Vander Auwera
,
M.
Herman
,
L.
Rothman
,
L.
Régalia-Jarlot
, and
A.
Barbe
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
82
,
363
(
2003
).
23.
S.
Kassi
,
O.
Lyulin
,
S.
Béguier
, and
A.
Campargue
,
J. Mol. Spectrosc.
326
,
106
(
2016
).
24.
O.
Lyulin
and
A.
Campargue
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
203
,
461
(
2017
).
25.
A.
Nikitin
,
J.
Champion
,
V.
Tyuterev
, and
L.
Brown
,
J. Mol. Spectrosc.
184
,
120
(
1997
).
26.
A.
Nikitin
,
J.
Champion
,
V.
Tyuterev
,
L.
Brown
,
G.
Mellau
, and
M.
Lock
,
J. Mol. Struct.
517-518
,
1
(
2000
).
27.
A.
Nikitin
,
L.
Brown
,
L.
Féjard
,
J.
Champion
, and
V.
Tyuterev
,
J. Mol. Spectrosc.
216
,
225
(
2002
).
28.
L.
Wang
,
S.
Kassi
,
A. W.
Liu
,
S. M.
Hu
, and
A.
Campargue
,
J. Mol. Spectrosc.
261
,
41
(
2010
).
29.
A.
Nikitin
,
L.
Brown
,
K.
Sung
,
M.
Rey
,
V.
Tyuterev
,
M.
Smith
, and
A.
Mantz
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
114
,
1
(
2013
).
30.
J. P.
Champion
,
J. C.
Hilico
, and
L. R.
Brown
,
J. Mol. Spectrosc.
133
,
244
(
1989
).
31.
H. M.
Niederer
,
X. G.
Wang
,
T.
Carrington
, Jr.
,
S.
Albert
,
S.
Bauerecker
,
V.
Boudon
, and
M.
Quack
,
J. Mol. Spectrosc.
291
,
33
(
2013
).
32.
H. M.
Niederer
,
S.
Albert
,
S.
Bauerecker
,
V.
Boudon
,
J. P.
Champion
, and
M.
Quack
,
Chimia
62
,
273
(
2008
).
33.
A.
Campargue
,
J.
Segovia
,
S.
Béguier
,
S.
Kassi
, and
D.
Mondelain
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
152
,
140
(
2015
).
34.
E.
Starikova
,
A.
Nikitin
,
M.
Rey
,
S.
Tashkun
,
D.
Mondelain
,
S.
Kassi
,
A.
Campargue
, and
V.
Tyuterev
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
177
,
170
(
2016
).
35.
A.
Campargue
,
S.
Béguier
,
Y.
Zbiri
,
D.
Mondelain
,
S.
Kassi
,
E.
Karlovets
,
A.
Nikitin
,
M.
Rey
,
E.
Starikova
, and
V.
Tyuterev
,
J. Mol. Spectrosc.
326
,
115
(
2016
).
36.
L.
Brown
,
A.
Nikitin
,
K.
Sung
,
M.
Rey
,
S.
Tashkun
,
V.
Tyuterev
,
T.
Crawford
,
M.
Smith
, and
A.
Mantz
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
174
,
88
(
2016
).
37.
G.
Avila
and
T.
Carrington
, Jr.
,
J. Chem. Phys.
135
,
064101
(
2011
).
38.
S.
Carter
,
A.
Sharma
, and
J.
Bowman
,
J. Chem. Phys.
137
,
154301
(
2012
).
39.
T.
Delahaye
,
A.
Nikitin
,
M.
Rey
,
P.
Szalay
, and
V.
Tyuterev
,
Chem. Phys. Lett.
639
,
275
(
2015
).
40.
T.
Delahaye
,
A.
Nikitin
,
M.
Rey
,
P.
Szalay
, and
V.
Tyuterev
,
J. Chem. Phys.
141
,
104301
(
2014
).
41.
M.
Rey
,
T.
Delahaye
,
A.
Nikitin
, and
V.
Tyuterev
,
Astron. Astrophys.
594
,
A47
(
2016
).
42.
B.
Mant
,
A.
Yachmenev
,
J.
Tennyson
, and
S.
Yurchenko
,
Mon. Not. R. Astron. Soc.
478
,
3220
(
2018
).
43.
I.
Gordon
,
L.
Rothman
,
C.
Hill
,
R.
Kochanov
,
Y.
Tan
,
Bernath
 et al,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
203
,
3
(
2017
).
44.
N.
Jacquinet-Husson
,
R.
Armante
,
N.
Scott
,
A.
Chédin
,
L.
Crépeau
,
C.
Boutammine
,
A.
Bouhdaoui
,
C.
Crevoisier
,
V.
Capelle
,
C.
Boonne
,
N.
Poulet-Crovisier
,
A.
Barbe
,
D.
Chris Benner
,
V.
Boudon
,
L.
Brown
,
J.
Buldyreva
,
A.
Campargue
,
L.
Coudert
,
V.
Devi
,
M.
Down
,
B.
Drouin
,
A.
Fayt
,
C.
Fittschen
,
J.-M.
Flaud
,
R.
Gamache
,
J.
Harrison
,
C.
Hill
,
Ø.
Hodnebrog
,
S.-M.
Hu
,
D.
Jacquemart
,
A.
Jolly
,
E.
Jimenez
,
N.
Lavrentieva
,
A.-W.
Liu
,
L.
Lodi
,
O.
Lyulin
,
S.
Massie
,
S.
Mikhailenko
,
H.
Müller
,
O.
Naumenko
,
A.
Nikitin
,
C.
Nielsen
,
J.
Orphal
,
V.
Perevalov
,
A.
Perrin
,
E.
Polovtseva
,
A.
Predoi-Cross
,
M.
Rotger
,
A.
Ruth
,
S.
Yu
,
K.
Sung
,
S.
Tashkun
,
J.
Tennyson
,
V.
Tyuterev
,
J.
Vander Auwera
,
B.
Voronin
, and
A.
Makie
,
J. Mol. Spectrosc.
327
,
31
(
2016
).
45.
Y. A.
Ba
,
C.
Wenger
,
R.
Surleau
,
V.
Boudon
,
M.
Rotger
,
L.
Daumont
,
D. A.
Bonhommeau
,
V. G.
Tyuterev
, and
M. L.
Dubernet
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
130
,
62
(
2013
).
46.
M.
Dubernet
,
V.
Boudon
,
J.
Culhane
,
M.
Dimitrijevic
,
A.
Fazliev
,
C.
Joblin
,
F.
Kupka
,
G.
Leto
,
P.
Le Sidaner
,
P.
Loboda
,
H.
Mason
,
N.
Mason
,
C.
Mendoza
,
G.
Mulas
,
T.
Millar
,
L.
Nuñez
,
V.
Perevalov
,
N.
Piskunov
,
Y.
Ralchenko
,
G.
Rixon
,
L.
Rothman
,
E.
Roueff
,
T.
Ryabchikova
,
A.
Ryabtsev
,
S.
Sahal-Bréchot
,
B.
Schmitt
,
S.
Schlemmer
,
J.
Tennyson
,
V.
Tyuterev
,
N.
Walton
,
V.
Wakelam
, and
C.
Zeippen
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
111
,
2151
(
2010
).
47.
D.
Viglaska
,
M.
Rey
,
A.
Nikitin
, and
V.
Tyuterev
,
J. Chem. Phys.
149
,
174305
(
2018
).
48.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Phys. Chem. A
119
,
4763
(
2015
).
49.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Mol. Spectrosc.
291
,
85
(
2013
).
50.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Chem. Phys.
141
,
044316
(
2014
).
51.
B.
Crawford
, Jr.
,
J.
Lancaster
, and
R.
Inskeep
,
J. Chem. Phys.
21
,
678
(
1953
).
52.
E.
Hirota
,
Y.
Endo
,
S.
Saito
,
K.
Yoshida
,
I.
Yamaguchi
, and
K.
Machida
,
J. Mol. Spectrosc.
89
,
223
(
1981
).
53.
F.
Hegelund
and
J.
Duncan
,
Mol. Phys.
44
,
803
(
1981
).
54.
F.
Hegelund
and
J.
Duncan
,
J. Chem. Soc., Faraday Trans. 2
78
,
549
(
1982
).
55.
F.
Hegelund
and
F.
Nicolaisen
,
J. Mol. Spectrosc.
132
,
216
(
1988
).
56.
F.
Hegelund
and
F.
Nicolaisen
,
J. Mol. Spectrosc.
128
,
321
(
1988
).
57.
F.
Hegelund
,
J. Mol. Spectrosc.
139
,
286
(
1990
).
58.
F.
Hegelund
and
F.
Nicolaisen
,
J. Mol. Spectrosc.
126
,
32
(
1987
).
59.
T.
Tan
and
M.
Gabona
,
J. Mol. Spectrosc.
272
,
51
(
2012
).
60.
T.
Tan
and
G.
Lebron
,
J. Mol. Spectrosc.
261
,
87
(
2010
).
61.
L.
Ng
,
T.
Tan
, and
M.
Gabona
,
J. Mol. Spectrosc.
316
,
90
(
2015
).
62.
M.
Gabona
and
T.
Tan
,
J. Mol. Spectrosc.
299
,
31
(
2014
).
63.
K.
Goh
,
T.
Tan
,
P.
Ong
, and
H.
Teo
,
Chem. Phys. Lett.
325
,
584
(
2000
).
64.
L.
Ng
,
T.
Tan
,
A.
Wong
,
D.
Appadoo
, and
D.
McNaughton
,
Mol. Phys.
114
,
2798
(
2016
).
65.
T.
Tan
,
L.
Ng
,
M.
Gabona
,
G.
Aruchunan
,
A.
Wong
,
D.
Appadoo
, and
D.
McNaughton
,
J. Mol. Spectrosc.
331
,
23
(
2017
).
66.
I.
Konov
,
Y.
Chertavskikh
,
A.
Fomchenko
,
Y.
Aslapovskaya
,
S.
Zhdanovich
, and
C.
Sydow
,
Russ. Phys. J.
58
,
1587
(
2016
).
67.
Y.
Konova
,
Russ. Phys. J.
60
,
1644
(
2018
).
68.
O.
Ulenikov
,
O.
Gromova
,
E.
Bekhtereva
,
I.
Konov
,
Y.
Chertavskikh
,
C.
Maul
, and
S.
Bauerecker
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
170
,
69
(
2016
).
69.
F.
Hegelund
and
F.
Nicolaisen
,
J. Mol. Spectrosc.
116
,
214
(
1986
).
70.
F.
Hegelund
and
F.
Nicolaisen
,
Mol. Phys.
56
,
171
(
1985
).
71.
F.
Hegelund
,
J. Mol. Spectrosc.
135
,
45
(
1989
).
72.
T.
Tan
and
W.
Tan
,
Chem. Phys. Lett.
411
,
43
(
2005
).
73.
G.
Lebron
and
T.
Tan
,
J. Mol. Spectrosc.
271
,
44
(
2012
).
74.
T.
Tan
,
L.
Ng
, and
M.
Gabona
,
J. Mol. Spectrosc.
312
,
6
(
2015
).
75.
O.
Ulenikov
,
O.
Gromova
,
E.
Bekhtereva
,
Y.
Aslapovskaya
,
A.
Ziatkova
,
C.
Sydow
,
C.
Maul
, and
S.
Bauerecker
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
184
,
76
(
2016
).
76.
A.
Ziatkova
and
S.
Kuznetsov
,
Russ. Phys. J.
60
,
1206
(
2017
).
77.
O.
Ulenikov
,
O.
Gromova
,
E.
Bekhtereva
,
K.
Berezkin
,
E.
Sklyarova
,
C.
Maul
,
K.-H.
Gericke
, and
S.
Bauerecker
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
161
,
180
(
2015
).
78.
J.
Duncan
,
I.
Wright
, and
D.
Van Lerberghe
,
J. Mol. Spectrosc.
42
,
463
(
1972
).
79.
G.
Speirs
,
J.
Duncan
, and
D.
Van Lerberghe
,
J. Mol. Spectrosc.
51
,
524
(
1974
).
80.
J.
Harper
and
J.
Duncan
,
J. Mol. Spectrosc.
95
,
413
(
1982
).
81.
F.
Hegelund
,
J. Mol. Spectrosc.
148
,
415
(
1991
).
82.
T.
Tan
,
M.
Gabona
,
A.
Wong
,
D.
Appadoo
, and
D.
McNaughton
,
J. Mol. Spectrosc.
329
,
8
(
2016
).
83.
H.
Teo
,
P.
Ong
,
T.
Tan
, and
K.
Goh
,
J. Mol. Spectrosc.
204
,
145
(
2000
).
84.
T.
Tan
and
M.
Gabona
,
J. Mol. Spectrosc.
275
,
5
(
2012
).
85.
A.
Ziatkova
,
Y.
Aslapovskaya
,
O.
Gromova
,
E.
Bekhtereva
, and
A.
Fomchenko
,
Russ. Phys. J.
59
,
1604
(
2017
).
86.
L. C.
Biederharn
and
J. D.
Louck
,
Angular Momentum in Quantum Physics
(
Cambridge University Press
,
New York
,
1985
).
87.
M.
Nakahara
and
T.
Ohmi
,
Quantum Computing: From Linear Algebra to Physical Realizations
(
CRC Press, Taylor & Francis group
,
New York
,
2008
).
88.
D.
Cocolicchio
and
M.
Viggiano
,
J. Phys. A: Math. Gen.
33
,
5669
(
2000
).
89.
J.
Watson
,
Mol. Phys.
15
,
479
(
1968
).
90.
M.
Rey
,
A.
Nikitin
, and
V.
Tyuterev
,
J. Chem. Phys.
136
,
244106
(
2012
).
91.
M.
Rey
,
A.
Nikitin
, and
V.
Tyuterev
,
Mol. Phys.
108
,
2121
(
2010
).
92.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
15
,
10049
(
2013
).
93.
M.
Rey
,
A. V.
Nikitin
, and
V. G.
Tyuterev
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
164
,
207
(
2015
).
94.
N. R.
Zare
,
Angular Momentum: Understanding Spatial Aspects in Chemistry and Physics
(
Wiley
,
1991
).
95.
P. R.
Bunker
and
P.
Jensen
,
Molecular Symmetry and Spectroscopy
(
NRC-CNRC
,
Ottawa
,
1998
).
96.
P. R.
Bunker
and
P.
Jensen
,
Fundamentals of Molecular Symmetry
(
IOP Publishing
,
London
,
2005
).
97.
M.
Rey
,
A.
Nikitin
,
Y.
Babikov
, and
V.
Tyuterev
,
J. Mol. Spectrosc.
327
,
138
(
2016
).
98.
E. B.
Wilson
,
J. C.
Decius
, and
P. C.
Cross
,
Molecular Vibrations
(
McGraw-Hill
,
New-York
,
1955
).
You do not currently have access to this content.