This work reports the full quantum calculations of the spectral line shape parameters for the P(22) line of 13CO and the P(31) line of 12CO in the fundamental band perturbed by He or Ar from 20 to 1000 K for the first time. The generalized spectroscopic cross sections of CO–He/Ar indicate that the Dicke narrowing effect competes with the pressure broadening effect. The pressure broadening can be explained by the dynamic behaviors of intermolecular collisions. The intermolecular inelastic collisions contribute more than 95% to the pressure broadening in both CO–He and CO–Ar systems at high temperatures. Regarding the state-to-state inelastic contributions to pressure broadening, the maximum contribution out of the final state of a given line is close to that out of the initial state. The Dicke narrowing effect influences the line shape profile significantly at high temperatures, which suggests that it is indispensable for reproducing the spectral line profile. With the Dicke narrowing effect, the calculated pressure-broadening coefficients and spectral intensity distribution are in good agreement with the available experimental observations.

1.
2.
S.
Wójtewicz
,
P.
Masłowski
,
A.
Cygan
,
P.
Wcisło
,
M.
Zaborowski
,
M.
Piwiński
,
R.
Ciuryło
, and
D.
Lisak
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
165
,
68
(
2015
).
3.
P.
Rayer
,
Pressure Broadening of Spectral Lines: The Theory of Line Shape in Atmospheric Physics
(
Cambridge University Press
,
New York
,
2020
).
4.
J.
Vidot
,
J.
Landgraf
,
O. P.
Hasekamp
,
A.
Butz
,
A.
Galli
,
P.
Tol
, and
I.
Aben
,
Remote Sens. Environ.
120
,
255
(
2012
).
5.
R. M.
Spearrin
,
C. S.
Goldenstein
,
I. A.
Schultz
,
J. B.
Jeffries
, and
R. K.
Hanson
,
Appl. Phys. B
117
,
689
(
2014
).
6.
J.
Fishman
,
K. W.
Bowman
,
J. P.
Burrows
,
A.
Richter
,
K. V.
Chance
,
D. P.
Edwards
,
R. V.
Martin
,
G. A.
Morris
,
R. B.
Pierce
,
J. R.
Ziemke
,
J. A.
Al-Saadi
,
J. K.
Creilson
,
T. K.
Schaack
, and
A. M.
Thompson
,
Bull. Am. Meteorol. Soc.
89
,
805
(
2008
).
7.
R.
Visser
,
E. F.
van Dishoeck
, and
J. H.
Black
,
Astron. Astrophys.
503
,
323
(
2009
).
8.
N. H.
Ngo
,
H.
Lin
,
J. T.
Hodges
, and
H.
Tran
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
203
,
325
(
2017
).
9.
P.
Duggan
,
P. M.
Sinclair
,
R.
Berman
,
A. D.
May
, and
J. R.
Drummond
,
J. Mol. Spectrosc.
186
,
90
(
1997
).
10.
A.
Predoi-Cross
,
K.
Esteki
,
H.
Rozario
,
H.
Naseri
,
S.
Latif
,
F.
Thibault
,
V.
Malathy Devi
,
M. A. H.
Smith
, and
A. W.
Mantz
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
184
,
322
(
2016
).
11.
J. J.
BelBruno
,
J.
Gelfand
, and
H.
Rabitz
,
J. Chem. Phys.
78
,
3990
(
1983
).
12.
F.
Thibault
,
J.
Boissoles
,
R.
Le Doucen
,
R.
Farrenq
,
M.
Morillon‐Chapey
, and
C.
Boulet
,
J. Chem. Phys.
97
,
4623
(
1992
).
13.
N. H.
Ngo
and
J.-M.
Hartmann
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
203
,
334
(
2017
).
14.
Z. D.
Reed
and
J. T.
Hodges
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
203
,
300
(
2017
).
15.
F. A.
Bendana
,
D. D.
Lee
,
C.
Wei
,
D. I.
Pineda
, and
R. M.
Spearrin
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
239
,
106639
(
2019
).
16.
R.
Wehr
,
A.
Vitcu
,
F.
Thibault
,
J. R.
Drummond
, and
A. D.
May
,
J. Mol. Spectrosc.
235
,
69
(
2006
).
17.
F.
Thibault
,
R.
Ledoucen
,
J. P.
Bouanich
, and
C.
Boulet
,
J. Mol. Spectrosc.
171
,
576
(
1995
).
18.
G.
Kowzan
,
K.
Stec
,
M.
Zaborowski
,
S.
Wójtewicz
,
A.
Cygan
,
D.
Lisak
,
P.
Masłowski
, and
R. S.
Trawiński
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
191
,
46
(
2017
).
19.
D. A.
Draegert
and
D.
Williams
,
J. Opt. Soc. Am.
58
,
1399
(
1968
).
20.
P. M.
Sinclair
,
P.
Duggan
,
R.
Berman
,
J. R.
Drummond
, and
A. D.
May
,
J. Mol. Spectrosc.
191
,
258
(
1998
).
21.
A. W.
Mantz
,
V.
Malathy Devi
,
D.
Chris Benner
,
M. A. H.
Smith
,
A.
Predoi-Cross
, and
M.
Dulick
,
J. Mol. Struct.
742
,
99
(
2005
).
22.
N.
Anselm
,
K. M. T.
Yamada
,
R.
Schieder
, and
G.
Winnewisser
,
J. Mol. Spectrosc.
161
,
284
(
1993
).
23.
J.
Boissoles
,
F.
Thibault
,
J. L.
Domenech
,
D.
Bermejo
,
C.
Boulet
, and
J. M.
Hartmann
,
J. Chem. Phys.
115
,
7420
(
2001
).
24.
F.
Thibault
,
R. Z.
Martinez
,
J. L.
Domenech
,
D.
Bermejo
, and
J.-P.
Bouanich
,
J. Chem. Phys.
117
,
2523
(
2002
).
25.
J.-P.
Bouanich
,
D.
Bermejo
,
J. L.
Domenech
,
R. Z.
Martinez
, and
J.
Santos
,
J. Mol. Spectrosc.
179
,
22
(
1996
).
26.
C.
Luo
,
R.
Wehr
,
J. R.
Drummond
,
A. D.
May
,
F.
Thibault
,
J.
Boissoles
,
J. M.
Launay
,
C.
Boulet
,
J.-P.
Bouanich
, and
J.-M.
Hartmann
,
J. Chem. Phys.
115
,
2198
(
2001
).
27.
A. W.
Mantz
,
F.
Thibault
,
J. L.
Cacheiro
,
B.
Fernandez
,
T. B.
Pedersen
,
H.
Koch
,
A.
Valentin
,
C.
Claveau
,
A.
Henry
, and
D.
Hurtmans
,
J. Mol. Spectrosc.
222
,
131
(
2003
).
28.
S.
Green
,
J. Chem. Phys.
70
,
4686
(
1979
).
29.
S.
Green
,
J.
Boissoles
, and
C.
Boulet
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
39
,
33
(
1988
).
30.
G.
Kowzan
,
H.
Cybulski
,
P.
Wcisło
,
M.
Słowiński
,
A.
Viel
,
P.
Masłowski
, and
F.
Thibault
,
Phys. Rev. A
102
,
012821
(
2020
).
31.
G.
Kowzan
,
P.
Wcisło
,
M.
Słowiński
,
P.
Masłowski
,
A.
Viel
, and
F.
Thibault
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
243
,
106803
(
2020
).
32.
A.
Henry
,
D.
Hurtmans
,
M.
Margottin-Maclou
, and
A.
Valentin
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
56
,
647
(
1996
).
33.
A. S.
Pine
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
62
,
397
(
1999
).
34.
P.
Wcislo
,
F.
Thibault
,
N.
Stolarczyk
,
H.
Jozwiak
,
M.
Slowinski
,
M.
Gancewski
,
K.
Stankiewicz
,
M.
Konefal
,
S.
Kassi
,
A.
Campargue
,
Y.
Tan
,
J.
Wang
,
K.
Patkowski
,
R.
Ciurylo
,
D.
Lisak
,
R.
Kochanov
,
L. S.
Rothman
, and
I. E.
Gordon
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
260
,
107477
(
2021
).
35.
D. I.
Pineda
,
F. A.
Bendana
,
K. K.
Schwarm
, and
R. M.
Spearrin
,
Combust. Flame
207
,
379
(
2019
).
36.
G. C.
Corey
and
F. R.
McCourt
,
J. Chem. Phys.
81
,
2318
(
1984
).
37.
L.
Monchick
and
L. W.
Hunter
,
J. Chem. Phys.
85
,
713
(
1986
).
38.
A.
Ben-Reuven
,
Phys. Rev.
145
,
7
(
1966
).
39.
A. M.
Arthurs
and
A.
Dalgarno
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
256
,
540
(
1960
).
40.
R. T.
Pack
,
J. Chem. Phys.
60
,
633
(
1974
).
41.
D.-z.
Yang
,
Q.
Liu
,
H.-l.
Zhao
, and
D.-q.
Xie
,
Chin. J. Chem. Phys.
32
,
67
(
2019
).
42.
J. M.
Hutson
and
C. R.
Le Sueur
,
Comput. Phys. Commun.
241
,
9
(
2019
).
43.
Hibridon is a Package of Programs for the Time-Independant Quantum Treatment of Inelastic Collisions and Photodissociation written by
M. H.
Alexander
,
D. E.
Manolopoulos
,
H.-J.
Werner
,
B.
Follmeg
,
P. J.
Dagdigian
,
P. F.
Vohralik
,
D.
Lemoine
,
G.
Corey
,
R.
Gordon
,
B.
Johnson
,
T.
Orlikowski
,
A.
Berning
,
A.
Degli-Esposti
,
C.
Rist
,
B.
Pouilly
,
G. v. d.
Sanden
,
M.
Yang
,
F. d.
Weerd
, and
S.
Gregurick
,
University of Maryland
,
College Park, MD
,
2011
.
44.
M. H.
Alexander
and
S.
Stolte
,
J. Chem. Phys.
112
,
8017
(
2000
).
45.
R. Z.
Martínez
,
D.
Bermejo
,
F.
Thibault
, and
P.
Wcisło
,
J. Raman Spectrosc.
49
,
1339
(
2018
).
47.
J.
Schaefer
and
L.
Monchick
,
Astron. Astrophys.
265
,
859
(
1992
).
48.
V. M.
Devi
,
D. C.
Benner
,
K.
Sung
,
T. J.
Crawford
,
G.
Li
,
R. R.
Gamache
,
M. A. H.
Smith
,
I. E.
Gordon
, and
A. W.
Mantz
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
218
,
203
(
2018
).
49.
F.
Thibault
,
K.
Patkowski
,
P. S.
Żuchowski
,
H.
Jóźwiak
,
R.
Ciuryło
, and
P.
Wcisło
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
202
,
308
(
2017
).
50.
V. L.
Waldmann
,
Z. Naturforsch. A
13a
,
609
(
1958
).
51.
R. F.
Snider
,
J. Chem. Phys.
32
,
1051
(
1960
).
52.
R.
Blackmore
,
J. Chem. Phys.
87
,
791
(
1987
).
53.
J.-M.
Hartmann
,
C.
Boulet
, and
D.
Robert
,
Collisional Effects on Molecular Spectra: Laboratory Experiments and Models, Consequences for Applications
(
Elsevier
,
Amsterdam
,
2008
).
54.
L.
Demeio
,
S.
Green
, and
L.
Monchick
,
J. Chem. Phys.
102
,
9160
(
1995
).
55.
F.
Thibault
,
P.
Wcisło
, and
R.
Ciuryło
,
Eur. Phys. J. D
70
,
236
(
2016
).
56.
K. A.
Peterson
and
G. C.
McBane
,
J. Chem. Phys.
123
,
084314
(
2005
).
57.
G. C.
McBane
,
J. Mol. Spectrosc.
330
,
211
(
2016
).
58.
Y.
Sumiyoshi
and
Y.
Endo
,
J. Chem. Phys.
142
,
024314
(
2015
).
59.
A.
Bergeat
,
J.
Onvlee
,
C.
Naulin
,
A.
van der Avoird
, and
M.
Costes
,
Nat. Chem.
7
,
349
(
2015
).
60.
L. A.
Mertens
,
H.
Labiad
,
O.
Denis-Alpizar
,
M.
Fournier
,
D.
Carty
,
S. D.
Le Picard
,
T.
Stoecklin
, and
I. R.
Sims
,
Chem. Phys. Lett.
683
,
521
(
2017
).
61.
B. R.
Johnson
,
J. Comput. Phys.
13
,
445
(
1973
).
62.
D. E.
Manolopoulos
,
J. Chem. Phys.
85
,
6425
(
1986
).
63.
D. E.
Manolopoulos
,
M. J.
Jamieson
, and
A. D.
Pradhan
,
J. Comput. Phys.
105
,
169
(
1993
).
64.
H.
Jozwiak
,
F.
Thibault
,
N.
Stolarczyk
, and
P.
Wcislo
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
219
,
313
(
2018
).
65.
J. H.
Jaffe
,
A.
Rosenberg
,
M. A.
Hirshfeld
, and
N. M.
Gailar
,
J. Chem. Phys.
43
,
1525
(
1965
).
66.
M.
Slowinski
,
H.
Jozwiak
,
M.
Gancewski
,
K.
Stankiewicz
,
N.
Stolarczyk
,
Y.
Tan
,
J.
Wang
,
A.-W.
Liu
,
S.-M.
Hu
,
S.
Kassi
,
A.
Campargue
,
K.
Patkowski
,
P. S.
Zuchowski
,
R.
Ciurylo
,
F.
Thibault
, and
P.
Wcislo
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
277
,
107951
(
2022
).
67.
R. R.
Gamache
and
B.
Vispoel
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
217
,
440
(
2018
).
68.
G. D.
Roston
and
F. S.
Obaid
,
J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer
94
,
255
(
2005
).
69.
B. M.
Hays
,
D.
Gupta
,
T.
Guillaume
,
O.
Abdelkader Khedaoui
,
I. R.
Cooke
,
F.
Thibault
,
F.
Lique
, and
I. R.
Sims
,
Nat. Chem.
14
,
811
(
2022
).
70.
R. L.
Wilkins
and
M. A.
Kwok
,
J. Chem. Phys.
78
,
7153
(
1983
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.