Time-resolved photoionization is a powerful experimental approach to unravel the excited state dynamics in isolated polyatomic molecules. Depending on species of the collected signals, different methods can be performed: time-resolved ion yield spectroscopy (TR-IYS) and time-resolved photoelectron imaging (TR-PEI). In this review, the essential concepts linking photoionization measurement with electronic structure are presented, together with several important breakthroughs in experimentally distinguishing the oscillating wavepacket motion between different geometries. We illustrate how femtosecond TR-IYS and TR-PEI are employed to visualize the evolution of a coherent vibrational wavepacket on the excited state surface.
References
[1]
T.
Gustavsson
, R.
Improta
, and D.
Markovitsi
, J. Phys. Chem. Lett.
1
, 2025
(2010
).[2]
R.
Schoenlein
, L.
Peteanu
, R.
Mathies
, and C.
Shank
, Science
254
, 412
(1991
).[3]
V. G.
Stavros
and J. R.
Verlet
, Annu. Rev. Phys. Chem.
67
, 211
(2016
).[4]
A. H.
Zewail
, J. Phys. Chem. A
104
, 5660
(2000
).[5]
M.
Dantus
, M. J.
Rosker
, and A. H.
Zewail
, J. Chem. Phys.
87
, 2395
(1987
).[6]
L. R.
Khundkar
and A. H.
Zewail
, Annu. Rev. Phys. Chem.
41
, 15
(1990
).[7]
A. H.
Zewail
, Angew. Chem. Int. Ed.
39
, 2586
(2000
).[8]
C.
Rischel
, A.
Rousse
, I.
Uschmann
, P. A.
Albouy
, J. P.
Geindre
, P.
Audebert
, J. C.
Gauthier
, E.
Fröster
, J. L.
Martin
, and A.
Antonetti
, Nature
390
, 490
(1997
).[9]
A.
Chin
, R.
Schoenlein
, T.
Glover
, P.
Balling
, W.
Leemans
, and C.
Shank
, Phys. Rev. Lett.
83
, 336
(1999
).[10]
J. R.
Dwyer
, C. T.
Hebeisen
, R.
Ernstorfer
, M.
Harb
, V. B.
Deyirmenjian
, R. E.
Jordan
, and R. D.
Miller
, Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A
364
, 741
(2006
).[11]
M.
Eichberger
, H.
Schäfer
, M.
Krumova
, M.
Beyer
, J.
Demsar
, H.
Berger
, G.
Moriena
, G.
Sciaini
, and R. D.
Miller
, Nature
468
, 799
(2010
).[12]
S.
Pedersen
, J.
Herek
, and A.
Zewail
, Science
266
, 1359
(1994
).[13]
H.
Goto
, H.
Katsuki
, H.
Ibrahim
, H.
Chiba
, and K.
Ohmori
, Nat. Phys.
7
, 383
(2011
).[14]
M.
Corrales
, J.
González-Vázquez
, G.
Balerdi
, I.
Solá
, R.
De Nalda
, and L.
Bañares
, Nat. Chem.
6
, 785
(2014
).[15]
Y.
Liu
, G.
Knopp
, C.
Qin
, and T.
Gerber
, Chem. Phys.
446
, 142
(2015
).[16]
A.
Lietard
, G.
Piani
, L.
Poisson
, B.
Soep
, J. M.
Mestdagh
, S.
Aloïse
, A.
Perrier
, D.
Jacquemin
, and M.
Takeshita
, Phys. Chem. Chem. Phys.
16
, 22262
(2014
).[17]
J.
Davies
, R.
Continetti
, D.
Chandler
, and C.
Hayden
, Phys. Rev. Lett.
84
, 5983
(2000
).[18]
Y. Z.
Liu
, J. Y.
Long
, L. H.
Xu
, X. Y.
Zhang
, and B.
Zhang
, Chin. Phy. Lett.
34
, 033301
(2017
).[19]
D.
Horke
, H.
Watts
, A.
Smith
, E.
Jager
, E.
Springate
, O.
Alexander
, C.
Cacho
, R.
Chapman
, and R.
Minns
, Phys. Rev. Lett.
117
, 163002
(2016
).[20]
S.
Lochbrunner
, T.
Schultz
, M.
Schmitt
, J.
Shaffer
, M.
Zgierski
, and A.
Stolow
, J. Chem. Phys.
114
, 2519
(2001
).[21]
G. M.
Roberts
, C. A.
Williams
, J. D.
Young
, S.
Ullrich
, M. J.
Paterson
, and V. G.
Stavros
, J. Am. Chem. Soc.
134
, 12578
(2012
).[22]
G. A.
King
, T. A.
Oliver
, and M. N.
Ashfold
, J. Chem. Phys.
132
, 214307
(2010
).[23]
Y. I.
Suzuki
, T.
Fuji
, T.
Horio
, and T.
Suzuki
, J. Chem. Phys.
132
, 174302
(2010
).[24]
Y.
Liu
, G.
Knopp
, and T.
Gerber
, Phys. Rev. A
92
, 042501
(2015
).[25]
Y.
Liu
, T.
Gerber
, C.
Qin
, F.
Jin
, and G.
Knopp
, J. Chem. Phys.
144
, 084201
(2016
).[26]
F.
Ling
, S.
Li
, J.
Wei
, K.
Liu
, Y.
Wang
, and B.
Zhang
, J. Chem. Phys.
148
, 144311
(2018
).[27]
J. A.
Davies
, A. M.
Green
, and K. L.
Reid
, Phys. Chem. Chem. Phys.
12
, 9872
(2010
).[28]
Y.
Yamada
, N.
Mikami
, and T.
Ebata
, J. Chem. Phys.
121
, 11530
(2004
).[29]
S.
Li
, F.
Ling
, Y.
Wang
, J.
Long
, X.
Deng
, B.
Jin
, and B.
Zhang
, Phys. Rev. A
96
, 033419
(2017
).[30]
A.
Assion
, M.
Geisler
, J.
Helbing
, V.
Seyfried
, and T.
Baumert
, Phys. Rev. A
54
, R4605
(1996
).[31]
D. M.
Neumark
, Annu. Rev. Phys. Chem.
52
, 255
(2001
).[32]
K. L.
Reid
, Annu. Rev. Phys. Chem.
54
, 397
(2003
).[33]
T.
Suzuki
, Annu. Rev. Phys. Chem.
57
, 555
(2006
).[34]
G.
Wu
, P.
Hockett
, and A.
Stolow
, Phys. Chem. Chem. Phys.
13
, 18447
(2011
).[35]
R.
Carley
, E.
Heesel
, and H.
Fielding
, Chem. Soc. Rev.
34
, 949
(2005
).[36]
M. N. R.
Ashfold
, N. H.
Nahler
, A. J.
Orr-Ewing
, O. P. J.
Vieuxmaire
, R. L.
Toomes
, T. N.
Kitsopoulos
, I. A.
Garcia
, D. A.
Chestakov
, S. M.
Wu
, and D. H.
Parker
, Phys. Chem. Chem. Phys.
8
, 26
(2006
).[37]
H. H.
Fielding
and G. A.
Worth
, Chem. Soc. Rev.
47
, 309
(2018
).[38]
A.
Stolow
, A. E.
Bragg
, and D. M.
Neumark
, Chem. Rev.
104
, 1719
(2004
).[39]
W.
Heisenberg
, in Original Scientific Papers Wissenschaftliche Originalarbeiten
, Berlin
: Springer
, 478
(1985
).[40]
P. M.
Felker
and A. H.
Zewail
, Phys. Rev. Lett.
53
, 501
(1984
).[41]
W.
Wiley
and I. H.
McLaren
, Rev. Sci. Instrum.
26
, 1150
(1955
).[42]
D. W.
Chandler
and P. L.
Houston
, J. Chem. Phys.
87
, 1445
(1987
).[43]
A. T.
Eppink
and D. H.
Parker
, Rev. Sci. Instrum.
68
, 3477
(1997
).[44]
C.
Vallance
, Philos. Trans. R. Soc. Lond. A
362
, 2591
(2004
).[45]
V.
Dribinski
, A.
Ossadtchi
, V. A.
Mandelshtam
, and H.
Reisler
, Rev. Sci. Instrum.
73
, 2634
(2002
).[46]
G. A.
Garcia
, L.
Nahon
, and I.
Powis
, Rev. Sci. Instrum.
75
, 4989
(2004
).[47]
G.
Roberts
, J.
Nixon
, J.
Lecointre
, E.
Wrede
, and J.
Verlet
, Rev. Sci. Instrum.
80
, 053104
(2009
).[48]
C. Z.
Bisgaard
, O. J.
Clarkin
, G.
Wu
, A. M.
Lee
, O.
Geßner
, C. C.
Hayden
, and A.
Stolow
, Science
323
, 1464
(2009
).[49]
R. R
Lucchese
and A.
Stolow
, J. Phys. B
45
, 190201
(2012
).[50]
A. L.
Sobolewski
and W.
Domcke
, Chem. Phys. Chem.
8
, 756
(2007
).[51]
A.
Huijser
, A.
Pezzella
, and V.
Sundström
, Phys. Chem. Chem. Phys.
13
, 9119
(2011
).[52]
A. S.
Chatterley
, J. D.
Young
, D.
Townsend
, J. M.
Zürek
, M. J.
Paterson
, G. M.
Roberts
, and V. G.
Stavros
, Phys. Chem. Chem. Phys.
15
, 6879
(2013
).[53]
G. A.
King
, T. A.
Oliver
, R. N.
Dixon
, and M. N.
Ashfold
, Phys. Chem. Chem. Phys.
14
, 3338
(2012
).[54]
R. A.
Livingstone
, J. O.
Thompson
, M.
Iljina
, R. J.
Donaldson
, B. J.
Sussman
, M. J.
Paterson
, and D.
Townsend
, J. Chem. Phys.
137
, 184304
(2012
).[55]
J.
Young
, M.
Staniforth
, M. J.
Paterson
, and V.
Stavros
, Phys. Rev. Lett.
114
, 233001
(2015
).[56]
M.
Gerhards
, S.
Schumm
, C.
Unterberg
, and K.
Kleinermanns
, Chem. Phys. Lett.
294
, 65
(1998
).[57]
J. D.
Young
, M.
Staniforth
, J. C.
Dean
, G. M.
Roberts
, F.
Mazzoni
, T. N.
Karsili
, M. N.
Ashfold
, T. S.
Zwier
, and V. G.
Stavros
, J. Phys. Chem. Lett.
5
, 2138
(2014
).[58]
J. C.
Dean
, P.
Navotnaya
, A. P.
Parobek
, R. M.
Clayton
, and T. S.
Zwier
, J. Chem. Phys.
139
, 10B609
–1
(2013
).[59]
R.
Wu
and B.
Brutschy
, Chem. Phys. Lett.
390
, 272
(2004
).[60]
A.
Longarte
, C.
Redondo
, J. A.
Fernández
, and F.
Castaño
, J. Chem. Phys.
122
, 164304
(2005
).[61]
T.
Fuji
, Y. I.
Suzuki
, T.
Horio
, and T.
Suzuki
, Chem. Asian J.
6
, 3028
(2011
).[62]
R.
Hemley
, D.
Leopold
, J.
Roebber
, and V.
Vaida
, J. Chem. Phys.
79
, 5219
(1983
).[63]
A.
Douglas
and I.
Zanon
, Can. J. Phys.
42
, 627
(1964
).[64]
A.
Beatty
, R.
Shiell
, D.
Chang
, and J.
Hepburn
, J. Chem. Phys.
110
, 8476
(1999
).[65]
P.
Farmanara
, V.
Stert
, and W.
Radloff
, J. Chem. Phys.
111
, 5338
(1999
).[66]
D.
Townsend
, H.
Satzger
, T.
Ejdrup
, A. M.
Lee
, H.
Stapelfeldt
, and A.
Stolow
, J. Chem. Phys.
125
, 234302
(2006
).[67]
P.
Hockett
, C. Z.
Bisgaard
, O. J.
Clarkin
, and A.
Stolow
, Nat. Phys.
7
, 612
(2011
).[68]
R.
Spesyvtsev
, T.
Horio
, Y. I.
Suzuki
, and T.
Suzuki
, J. Chem. Phys.
142
, 074308
(2015
).[69]
S. G.
He
and D. J.
Clouthier
, J. Chem. Phys.
124
, 084312
(2006
).[70]
F.
Ling
, S.
Li
, X.
Song
, Y.
Tang
, Y.
Wang
, and B.
Zhang
, Phys. Rev. A
95
, 043421
(2017
).[71]
W. C.
Huang
, P. S.
Huang
, C. H.
Hu
, and W. B.
Tzeng
, Spectrochim. Acta, Part A
93
, 176
(2012
).[72]
C. Y.
Tsai
and W. B.
Tzeng
, J. Photochem. Photobiol. A
270
, 53
(2013
).[73]
V.
Shivatare
and W. B.
Tzeng
, Bull. Korean. Chem. Soc.
35
, 815
(2014
).[74]
A.
Oikawa
, H.
Abe
, N.
Mikami
, and M.
Ito
, Chem. Phys. Lett.
116
, 50
(1985
).[75]
Q.
Zheng
, C.
Qin
, J.
Long
, B.
Tang
, S.
Zhang
, and B.
Zhang
, Sci. China
53
, 1040
(2010
).[76]
L.
Yuan
, C.
Li
, J. L.
Lin
, S. C.
Yang
, and W. B.
Tzeng
, Chem. Phys.
323
, 429
(2006
).[77]
N.
Tsuji
, S. I.
Ishiuchi
, M.
Sakai
, M.
Fujii
, T.
Ebata
, C.
Jouvet
, and C.
Dedonder-Lardeux
, Phys. Chem. Chem. Phys.
8
, 114
(2006
).[78]
K.
Remmers
, W. L.
Meerts
, A.
Zehnacker-Rentien
, K.
Le Barbu
, and F.
Lahmani
, J. Chem. Phys.
112
, 6237
(2000
).[79]
A.
Kovács
, V.
Izvekov
, G.
Keresztury
, C. J.
Nielsen
, and P.
Klæboe
, Chem. Phys.
335
, 205
(2007
).[80]
T.
Omi
, H.
Shitomi
, N.
Sekiya
, K.
Takazawa
, and M.
Fujii
, Chem. Phys. Lett.
252
, 287
(1996
).[81]
E.
Fujimaki
, A.
Fujii
, T.
Ebata
, and N.
Mikami
, J. Chem. Phys.
110
, 4238
(1999
).[82]
F.
Ling
, S.
Li
, X.
Song
, Y.
Wang
, J.
Long
, and B.
Zhang
, Sci. Rep.
7
, 15362
(2017
).[83]
J.
Philis
, J. Mol. Spectrosc.
232
, 26
(2005
).[84]
M.
Riese
and J.
Grotemeyer
, Anal. Bioanal. Chem.
386
, 59
(2006
).[85]
A.
Bolovinos
, P.
Tsekeris
, J.
Philis
, E.
Pantos
, and G.
Andritsopoulos
, J. Mol. Spectrosc.
103
, 240
(1984
).[86]
S.
Ghanta
, Mol. Phys.
114
, 2958
(2016
).[87]
G.
Fischer
, Z. L.
Cai
, J. R.
Reimers
, and P.
Wormell
, J. Phys. Chem. A
107
, 3093
(2003
).[88]
J. H.
Kim
, J. H.
Lee
, H.
Hwang
, H. L.
Kim
, and C. H.
Kwon
, Phys. Chem. Chem. Phys.
16
, 1590
(2014
).[89]
W.
Wolff
, H.
Luna
, L.
Sigaud
, A. C.
Tavares
, and E. C.
Montenegro
, J. Phys. Chem. A
140
, 064309
(2014
).[90]
S.
Li
, J.
Long
, F.
Ling
, Y.
Wang
, X.
Song
, S.
Zhang
, and B.
Zhang
, J. Chem. Phys.
147
, 044309
(2017
).[91]
F.
Ling
, Y.
Wang
, S.
Li
, J.
Wei
, Y.
Tang
, and B.
Zhang
, J. Phys. Chem. Lett.
9
, 5468
(2018
).
This content is only available via PDF.
© 2019 Chinese Physical Society.
2019
Chinese Physical Society
You do not currently have access to this content.
