Recent developments of the sources of intense and ultrashort x-ray pulses stimulate theoretical studies of phenomena occurring on ultrafast timescales. In the present study, spin–flip dynamics in transition metal complexes triggered by sub-femtosecond x-ray pulses are addressed theoretically using a density matrix-based time-dependent configuration interaction approach. The influence of different central metal ions and ligands on the character and efficiency of spin–flip dynamics is put in focus. According to our results, slight variations in the coordination sphere do not lead to qualitative differences in dynamics, whereas the nature of the central ion is more critical. However, the behavior in a row of transition metals demonstrates trends that are not consistent with general expectations. Thus, the peculiarities of spin dynamics have to be analyzed on a case-by-case basis.

1.
M.
Hentschel
,
R.
Kienberger
,
C.
Spielmann
,
G. A.
Reider
,
N.
Milosevic
,
T.
Brabec
,
P.
Corkum
,
U.
Heinzmann
,
M.
Drescher
, and
F.
Krausz
,
Nature
414
,
509
(
2001
).
2.
R.
Kienberger
,
E.
Goulielmakis
,
M.
Uiberacker
,
A.
Baltuska
,
V.
Yakovlev
,
F.
Bammer
,
A.
Scrinzi
,
T.
Westerwalbesloh
,
U.
Kleineberg
,
U.
Heinzmann
,
M.
Drescher
, and
F.
Krausz
,
Nature
427
,
817
(
2004
).
3.
I.
Grguraš
,
A. R.
Maier
,
C.
Behrens
,
T.
Mazza
,
T. J.
Kelly
,
P.
Radcliffe
,
S.
Düsterer
,
A. K.
Kazansky
,
N. M.
Kabachnik
,
T.
Tschentscher
,
J. T.
Costello
,
M.
Meyer
,
M. C.
Hoffmann
,
H.
Schlarb
, and
A. L.
Cavalieri
,
Nat. Photonics
6
,
852
(
2012
).
4.
T.
Gaumnitz
,
A.
Jain
,
Y.
Pertot
,
M.
Huppert
,
I.
Jordan
,
F.
Ardana-Lamas
, and
H. J.
Wörner
,
Opt. Express
25
,
27506
(
2017
).
5.
P. K.
Maroju
,
C.
Grazioli
,
M.
Di Fraia
,
M.
Moioli
,
D.
Ertel
,
H.
Ahmadi
,
O.
Plekan
,
P.
Finetti
,
E.
Allaria
,
L.
Giannessi
,
G.
De Ninno
,
C.
Spezzani
,
G.
Penco
,
S.
Spampinati
,
A.
Demidovich
,
M. B.
Danailov
,
R.
Borghes
,
G.
Kourousias
,
C. E.
Sanches Dos Reis
,
F.
Billé
,
A. A.
Lutman
,
R. J.
Squibb
,
R.
Feifel
,
P.
Carpeggiani
,
M.
Reduzzi
,
T.
Mazza
,
M.
Meyer
,
S.
Bengtsson
,
N.
Ibrakovic
,
E. R.
Simpson
,
J.
Mauritsson
,
T.
Csizmadia
,
M.
Dumergue
,
S.
Kühn
,
H.
Nandiga Gopalakrishna
,
D.
You
,
K.
Ueda
,
M.
Labeye
,
J. E.
Bækhøj
,
K. J.
Schafer
,
E. V.
Gryzlova
,
A. N.
Grum-Grzhimailo
,
K. C.
Prince
,
C.
Callegari
, and
G.
Sansone
,
Nature
578
,
386
(
2020
).
6.
Attosecond and XUV Physics: Ultrafast Dynamics and Spectroscopy
, edited by
T.
Schultz
and
M.
Vrakking
(
Wiley-VCH
,
Weinheim
,
2014
).
7.
L.
Young
,
K.
Ueda
,
M.
Gühr
,
P. H.
Bucksbaum
,
M.
Simon
,
S.
Mukamel
,
N.
Rohringer
,
K. C.
Prince
,
C.
Masciovecchio
,
M.
Meyer
,
A.
Rudenko
,
D.
Rolles
,
C.
Bostedt
,
M.
Fuchs
,
D. A.
Reis
,
R.
Santra
,
H.
Kapteyn
,
M.
Murnane
,
H.
Ibrahim
,
F.
Légaré
,
M.
Vrakking
,
M.
Isinger
,
D.
Kroon
,
M.
Gisselbrecht
,
A.
L’Huillier
,
H. J.
Wörner
, and
S. R.
Leone
,
J. Phys. B: At., Mol. Opt. Phys.
51
,
032003
(
2018
).
8.
H. J.
Wörner
,
C. A.
Arrell
,
N.
Banerji
,
A.
Cannizzo
,
M.
Chergui
,
A. K.
Das
,
P.
Hamm
,
U.
Keller
,
P. M.
Kraus
,
E.
Liberatore
,
P.
Lopez-Tarifa
,
M.
Lucchini
,
M.
Meuwly
,
C.
Milne
,
J.-E.
Moser
,
U.
Rothlisberger
,
G.
Smolentsev
,
J.
Teuscher
,
J. A.
van Bokhoven
, and
O.
Wenger
,
Struct. Dyn.
4
,
061508
(
2017
).
9.
H.
Wang
,
S. I.
Bokarev
,
S. G.
Aziz
, and
O.
Kühn
,
Phys. Rev. Lett.
118
,
023001
(
2017
).
10.
H.
Wang
,
T.
Möhle
,
O.
Kühn
, and
S. I.
Bokarev
,
Phys. Rev. A
98
,
013408
(
2018
).
11.
H.
Wang
,
S. I.
Bokarev
,
S. G.
Aziz
, and
O.
Kühn
,
Mol. Phys.
115
,
1898
(
2017
).
12.
A.
Hauser
,
Coord. Chem. Rev.
111
,
275
(
1991
).
13.
L. S.
Forster
,
Coord. Chem. Rev.
250
,
2023
(
2006
).
14.
C. M.
Marian
,
Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
2
,
187
(
2012
).
15.
M.
Cammarata
,
R.
Bertoni
,
M.
Lorenc
,
H.
Cailleau
,
S.
Di Matteo
,
C.
Mauriac
,
S. F.
Matar
,
H.
Lemke
,
M.
Chollet
,
S.
Ravy
,
C.
Laulhé
,
J.-F.
Létard
, and
E.
Collet
,
Phys. Rev. Lett.
113
,
227402
(
2014
).
16.
Y.
Jiang
,
L. C.
Liu
,
A.
Sarracini
,
K. M.
Krawczyk
,
J. S.
Wentzell
,
C.
Lu
,
R. L.
Field
,
S. F.
Matar
,
W.
Gawelda
,
H. M.
Müller-Werkmeister
, and
R. J. D.
Miller
,
Nat. Commun.
11
,
1530
(
2020
).
17.
S.
Mai
and
L.
González
,
Chem. Sci.
10
,
10405
(
2019
).
18.
J. C.
Tremblay
,
T.
Klamroth
, and
P.
Saalfrank
,
J. Chem. Phys.
129
,
084302
(
2008
).
19.
V.
May
and
O.
Kühn
,
Charge and Energy Transfer Dynamics in Molecular Systems
(
Wiley-VCH
,
Weinheim
,
2011
).
20.
A.
Szabo
and
N. S.
Ostlund
,
Modern Quantum Chemistry
, 1st ed. (
Dover Publications, Inc.
,
Mineola, NY
,
1996
).
21.
S.
Mukamel
,
Principles of Nonlinear Optical Spectroscopy
(
Oxford University Press
,
New York
,
1999
).
22.
J. R.
Cash
and
A. H.
Karp
,
ACM Trans. Math. Software
16
,
201
(
1990
).
23.
FORTRAN Numerical Recipes
, 2nd ed., edited by
W. H.
Press
(
Cambridge University Press
,
Cambridge, NY
,
1996
).
24.
I.
Fernández Galván
,
M.
Vacher
,
A.
Alavi
,
C.
Angeli
,
F.
Aquilante
,
J.
Autschbach
,
J. J.
Bao
,
S. I.
Bokarev
,
N. A.
Bogdanov
,
R. K.
Carlson
,
L. F.
Chibotaru
,
J.
Creutzberg
,
N.
Dattani
,
M. G.
Delcey
,
S. S.
Dong
,
A.
Dreuw
,
L.
Freitag
,
L. M.
Frutos
,
L.
Gagliardi
,
F.
Gendron
,
A.
Giussani
,
L.
González
,
G.
Grell
,
M.
Guo
,
C. E.
Hoyer
,
M.
Johansson
,
S.
Keller
,
S.
Knecht
,
G.
Kovačević
,
E.
Källman
,
G.
Li Manni
,
M.
Lundberg
,
Y.
Ma
,
S.
Mai
,
J. P.
Malhado
,
P. Å.
Malmqvist
,
P.
Marquetand
,
S. A.
Mewes
,
J.
Norell
,
M.
Olivucci
,
M.
Oppel
,
Q. M.
Phung
,
K.
Pierloot
,
F.
Plasser
,
M.
Reiher
,
A. M.
Sand
,
I.
Schapiro
,
P.
Sharma
,
C. J.
Stein
,
L. K.
Sørensen
,
D. G.
Truhlar
,
M.
Ugandi
,
L.
Ungur
,
A.
Valentini
,
S.
Vancoillie
,
V.
Veryazov
,
O.
Weser
,
T. A.
Wesołowski
,
P.-O.
Widmark
,
S.
Wouters
,
A.
Zech
,
J. P.
Zobel
, and
R.
Lindh
,
J. Chem. Theory Comput.
15
,
5925
(
2019
).
25.
T. K.
Sham
,
J. B.
Hastings
, and
M. L.
Perlman
,
J. Am. Chem. Soc.
102
,
5904
,
00075
(
1980
).
26.
B. W.
McClelland
,
A. G.
Robiette
,
L.
Hedberg
, and
K.
Hedberg
,
Inorg. Chem.
40
,
1358
,
00025
(
2001
).
27.
Y.-Q.
Zheng
and
Z.-P.
Kong
,
J. Coord. Chem.
56
,
967
(
2003
).
28.
R. W. G.
Wyckoff
,
Crystal Structures
(
Interscience Publishers
,
New York
,
1963
), Vol. 1.
29.
M. J.
Frisch
,
G. W.
Trucks
,
H. B.
Schlegel
,
G. E.
Scuseria
,
M. A.
Robb
,
J. R.
Cheeseman
,
G.
Scalmani
,
V.
Barone
,
B.
Mennucci
,
G. A.
Petersson
,
H.
Nakatsuji
,
M.
Caricato
,
X.
Li
,
H. P.
Hratchian
,
A. F.
Izmaylov
,
J.
Bloino
,
G.
Zheng
,
J. L.
Sonnenberg
,
M.
Hada
,
M.
Ehara
,
K.
Toyota
,
R.
Fukuda
,
J.
Hasegawa
,
M.
Ishida
,
T.
Nakajima
,
Y.
Honda
,
O.
Kitao
,
H.
Nakai
,
T.
Vreven
,
J. J. A.
Montgomery
,
J. E.
Peralta
,
F.
Ogliaro
,
M.
Bearpark
,
J. J.
Heyd
,
E.
Brothers
,
K. N.
Kudin
,
V. N.
Staroverov
,
R.
Kobayashi
,
J.
Normand
,
K.
Raghavachari
,
A.
Rendell
,
J. C.
Burant
,
S. S.
Iyengar
,
J.
Tomasi
,
M.
Cossi
,
N.
Rega
,
J. M.
Millam
,
M.
Klene
,
J. E.
Knox
,
J. B.
Cross
,
V.
Bakken
,
C.
Adamo
,
J.
Jaramillo
,
R.
Gomperts
,
R. E.
Stratmann
,
O.
Yazyev
,
A. J.
Austin
,
R.
Cammi
,
C.
Pomelli
,
J. W.
Ochterski
,
R. L.
Martin
,
K.
Morokuma
,
V. G.
Zakrzewski
,
G. A.
Voth
,
P.
Salvador
,
J. J.
Dannenberg
,
S.
Dapprich
,
A. D.
Daniels
,
O.
Farkas
,
J. B.
Foresman
,
J. V.
Ortiz
,
J.
Cioslowski
, and
D. J.
Fox
, Gaussian 09, Revision D.01,
Gaussian, Inc.
,
Wallingford, CT
,
2009
, Technical Report.
30.
M.
Douglas
and
N. M.
Kroll
,
Ann. Phys.
82
,
89
(
1974
).
31.
B. O.
Roos
,
R.
Lindh
,
P.-Å.
Malmqvist
,
V.
Veryazov
, and
P.-O.
Widmark
,
J. Phys. Chem. A
109
,
6575
(
2005
).
32.
S. I.
Bokarev
and
O.
Kühn
,
Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
10
,
e1433
(
2020
).
33.
P. A.
Malmqvist
,
A.
Rendell
, and
B. O.
Roos
,
J. Phys. Chem.
94
,
5477
(
1990
).
34.
P. Å.
Malmqvist
,
Int. J. Quantum Chem.
30
,
479
(
1986
).
35.
P.-Å.
Malmqvist
and
B. O.
Roos
,
Chem. Phys. Lett.
155
,
189
(
1989
).
36.
B.
Schimmelpfennig
, AMFI: An Atomic Mean-Field Spin-Orbit Integral Program,
1996
.
37.
C. M.
Marian
, in
Reviews in Computational Chemistry
, edited by
K. B.
Lipkowitz
,
D. B.
Boyd
, and
John Wiley & Sons
(
Wiley-VCH
,
New York
,
2001
), Vol. 17, pp.
99
204
.
38.
I.
Josefsson
,
K.
Kunnus
,
S.
Schreck
,
A.
Föhlisch
,
F.
de Groot
,
P.
Wernet
, and
M.
Odelius
,
J. Phys. Chem. Lett.
3
,
3565
(
2012
).
39.
P.
Wernet
,
K.
Kunnus
,
S.
Schreck
,
W.
Quevedo
,
R.
Kurian
,
S.
Techert
,
F. M. F.
de Groot
,
M.
Odelius
, and
A.
Föhlisch
,
J. Phys. Chem. Lett.
3
,
3448
(
2012
).
40.
S. I.
Bokarev
,
M.
Dantz
,
E.
Suljoti
,
O.
Kühn
, and
E. F.
Aziz
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
083002
(
2013
).
41.
J. P.
Dahl
and
M.
Springborg
,
J. Chem. Phys.
88
,
4535
,
00195
(
1988
).
42.
R.
Schinke
,
Photodissociation Dynamics: Spectroscopy and Fragmentation of Small Polyatomic Molecules
, Cambridge Monographs on Atomic, Molecular and Chemical Physics, 1st ed. (
Cambridge University Press
,
Cambridge
,
1995
), p.
01631
.
43.
S.
Mai
,
M.
Richter
,
M.
Heindl
,
M. F. S. J.
Menger
,
A.
Atkins
,
M.
Ruckenbauer
,
F.
Plasser
,
L. M.
Ibele
,
S.
Kropf
,
M.
Oppel
,
P.
Marquetand
, and
L.
González
, SHARC2.1: Surface Hopping Including Arbitrary Couplings—Program Package for Non-Adiabatic Dynamics,
2019
.
44.
M.
Heyden
,
J.
Sun
,
S.
Funkner
,
G.
Mathias
,
H.
Forbert
,
M.
Havenith
, and
D.
Marx
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
107
,
12068
(
2010
).
45.
E.
Suljoti
,
R.
Garcia-Diez
,
S. I.
Bokarev
,
K. M.
Lange
,
R.
Schoch
,
B.
Dierker
,
M.
Dantz
,
K.
Yamamoto
,
N.
Engel
,
K.
Atak
,
O.
Kühn
,
M.
Bauer
,
J.-E.
Rubensson
, and
E. F.
Aziz
,
Angew. Chem., Int. Ed.
52
,
9841
(
2013
).
46.
J. C.
Woicik
,
E. L.
Shirley
,
C. S.
Hellberg
,
K. E.
Andersen
,
S.
Sambasivan
,
D. A.
Fischer
,
B. D.
Chapman
,
E. A.
Stern
,
P.
Ryan
,
D. L.
Ederer
, and
H.
Li
,
Phys. Rev. B
75
,
140103
(
2007
).
47.
A. A.
Hagberg
,
D. A.
Schult
, and
P. J.
Swart
, in
Proceedings of the 7th Python in Science Conference
, edited by
G.
Varoquaux
,
T.
Vaught
, and
J.
Millman
,
Pasadena, CA
,
2008
, pp.
11
16
available at http://conference.scipy.org/proceedings/SciPy2008/paper_2/.
48.
T. M. J.
Fruchterman
and
E. M.
Reingold
,
Software: Pract. Exper.
21
,
1129
(
1991
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.