Vibrational infrared and Raman spectrum of HCOOH from variational computations
本研究通过GENIUSH-Smolyak变分法结合从头算势能面，收敛了甲酸分子全部振动能级至4500 cm$^{-1}$，并基于CCSD/aug-cc-pVTZ拟合的偶极和极化率曲面，模拟了喷射冷却的红外与拉曼光谱，为振动实验和旋转振动计算提供了基准数据。
2023-04-14 physics.chem-ph quant-ph
Revealing the molecular structures of a-Al2O3(0001)-water interface by machine learning based computational vibrational spectroscopy
针对固-水界面振动光谱计算成本高的问题，提出基于机器学习加速的AIMD模拟方法，成功实现了a-Al2O3(0001)-水界面的IR、Raman和SFG光谱的高效计算，为复杂固-水系统研究提供了低成本新途径。
2024-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Critical role of quantum dynamical effects in the Raman spectroscopy of liquid water
在原子水平上理解拉曼光谱对于阐明液态水的动力学过程是重要的。由于极化率（或其时间导数）通常是坐标或/和动量的高度非线性函数，我们采用线性化的半经典初始值表示的量子动力学模拟的液态水（和重水）在环境条件下基于从头算的，灵活的，可极化的模型（POLI 2 VS力场）。结果表明，量子动力学效应在再现实验各向同性拉曼光谱中的振动带和弯曲带之间的中间区域的峰、弯曲带和伸缩带之间的峰以及伸缩带中的双峰中起关键作用。相比之下，量子动力学效应是重要的，但在各向异性拉曼光谱中不那么决定性。通过选择性地冻结分子内O-H伸缩或H-O-H弯曲模式，我们证明了在中间区域的峰（2000-2400 cm-1）各向同性拉曼光谱的大部分峰值来自拉伸和弯曲运动的相互作用，而各向异性拉曼光谱的相同中间区域中的大部分峰值可归因于弯曲和弯曲运动的组合运动。振动模
2018-02-27 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.comp-ph
Comprehensive Quantum Calculation of the First Dielectric Virial Coefficient of Water
本文综合量子效应与分子柔性，采用高精度势能、极化率和偶极矩面并结合 HITRAN2020 光谱数据，计算水及同位素异构体的第一介电维里系数，为湿度计量和介电常数建模提供边界条件。
2023-11-16 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Temperature response of the polarizable SWM4-NDP water model
在经典分子模拟中引入极化率有望提高计算机建模的准确性和预测能力。为了以直接的方式引入极化率，一种策略是基于德鲁德粒子：其位移模仿极化率的虚拟原子。在这项工作中，分子动力学模拟的SWM 4-NDP，Drude为基础的水模型，进行了广泛的温度范围从170 K到340 K。我们发现，密度最大值位于远低于过冷区在200 K左右，大约80 K低于实验值。在更低的温度下，发现了非常长的弛豫时间以及密度的新增加。另一方面，氢键协调到第二溶剂化壳层和四面体顺序非常类似于TIP 4P/2005，在温度空间中再现密度曲线和散装水的其他性质方面表现非常好。在其他传统的水模型中没有观察到密度曲线和氢键倾向之间的这种差异。我们的研究结果表明，虽然SWM 4模型的简单性是有吸引力的，其目前的参数化需要改进，以正确地再现水的行为超出环境条件。
2013-11-08 cond-mat.soft physics.chem-ph
Raman Scattering of Water and Photoluminescence of Pollutants Arising from Solid-Water Interaction
系统的拉曼实验上进行的水和水-乙醇样品，存储在不同的容器（熔融石英，聚丙烯，钠钙玻璃III型）几个小时，已经表明，发光的拉曼信号波动的贡献是直接相关的容器组成。强度波动高达98%，已被观察到在对应于水分子内和分子间振动的光谱区域，尽管事实上，模式的波数保持不变。毫无疑问，我们将这些波动归因于发光现象，其基础是：i）在反斯托克斯域中不存在这种效应，ii）其对激发激光波长的依赖性，iii）其他相关的光致发光实验。这种发光归因于来自不同容器的超低浓度污染物。
2005-02-15 physics.bio-ph physics.chem-ph
X-ray Raman Scattering of Water Near the Critical Point: Comparison of an Isotherm and Isochore
测量了密度为1.02 ~ 0.16 gcm^-3的液态水、亚临界水和超临界水在氧K边的X射线拉曼光谱。沿等温线和等容线通过附近的临界点进行测量。随着密度的降低，光谱的一般趋势是越来越类似于汽相的光谱，首先是一个分离良好的低能峰，最终在低于临界密度的密度下，峰出现在对应于分子跃迁的较高能量处。临界点本身的区别是在一些光谱特征之间的对比度的局部最大值。计算结果进行了比较超临界水的X射线吸收光谱。
2012-10-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
The Interplay of Structure and Dynamics in the Raman Spectrum of Liquid Water over the Full Frequency and Temperature Range
虽然许多液体水的振动拉曼光谱研究已经研究了高频O-H伸缩区域的温度依赖性，但很少有人分析拉曼光谱在整个光谱范围内随温度变化的变化。在这里，我们获得了拉曼光谱的水从其熔化到沸点，无论是实验和模拟使用从头训练的机器学习潜力。我们用这些来分配的拉曼光谱，并表明整个光谱可以很好地描述为两个温度无关的光谱的组合。然后，我们评估哪些光谱区域表现出强烈的依赖于当地的四面体在液体中的顺序。此外，这项工作表明，这种结构参数的变化可以用来阐明液体水的拉曼光谱的温度依赖性，并提供了一个指南的拉曼功能，信号水在更复杂的水溶液系统的排序。
2017-11-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Resolving the Nature of the Lowest-Frequency Raman Mode of Liquid Water
SISSA – Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati（国际高等研究学院）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）
针对纯水最低频拉曼模式起源存疑的问题，采用从头算模拟计算GHz至THz范围低频拉曼光谱，发现转动与平动贡献同等重要，且内场等效应使转动分量异于介电光谱预期，明确了该模式的微观本质。
2025-11-18 physics.chem-ph
Temperature dependence of Coherent versus spontaneous Raman Scattering
本文揭示了多激光场引入的相消干涉会降低甚至消除相干拉曼散射的热灵敏度，并提出利用振动热谱带等非谐特征来实现相干拉曼测温。
2024-05-01 physics.chem-ph physics.optics
Investigating Anharmonicities in Polarization-Orientation Raman Spectra of Acene Crystals with Machine Learning
MPI for the Structure and Dynamics of Matter（物质结构与动力学马普研究所）
利用机器学习研究分子晶体极化-取向拉曼光谱中的非谐振效应，揭示非谐振晶格动力学对拉曼强度的影响。
2026-01-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Full molecular dynamics simulations of liquid water and carbon tetrachloride for two-dimensional Raman spectroscopy in the frequency domain
采用平衡-非平衡混合分子动力学模拟算法计算了液态水和四氯化碳的频域二维拉曼信号，该信号等效于相干二维拉曼散射（COTRAS）信号.我们阐明机制的二维信号配置文件，涉及非谐模-模耦合和分子间和分子内振动模式的极化率的非线性。预测的信号轮廓和强度可以用于分析最近开发的单光束2D光谱，其信号从相干控制脉冲产生，从而允许更有效地进行单光束测量。
2016-06-19 cond-mat.soft physics.chem-ph
Synchrotron-based UV resonance Raman scattering for investigating ionic liquid-water solutions
本工作表明，本体离子液体（ILs）和它们的水溶液可以方便地研究基于同步辐射紫外共振拉曼光谱（UVRR）。该技术的主要优点的调查的局部结构和分子间相互作用的咪唑基离子液体的介绍和讨论。同步辐射光源独特的可调谐性使人们能够选择性地增强拉曼光谱中由咪唑环产生的振动信号。这种信号显示出对通过i）阴离子的变化和ii）咪唑鎓环上逐渐变长的烷基链取代在IL的局部结构中诱导的修饰的良好灵敏度。此外，一些UVRR信号是具体的信息，在IL-水溶液中的阳离子-阴离子H-键的强度上的水的添加诱导的效果。所有这些结果证实了UVRR的潜力，以检索信息的IL-水溶液中的分子间相互作用，除了通过采用这些系统的自发拉曼散射技术得到的对应物。
2019-12-04 cond-mat.soft physics.chem-ph
Interpretation of the THz-THz-Raman Spectrum of Bromoform
非线性太赫兹-太赫兹-拉曼（TTR）液体光谱学为研究和理解凝聚相化学动力学提供了新的可能性。虽然TTR光谱携带丰富的信息，在研究中的系统，响应编码在一个三点关联函数包括偶极子和极化率元素。理论方法对于解释实验结果是必要的。在这项工作中，我们研究了溴仿，一个极化的分子具有很强的TTR响应的液相动力学。以前的工作的基础上减少密度矩阵（RDM）模拟表明，非常大的多量子偶极子矩阵元素需要了解溴仿的测量光谱。在这里，我们证明了相对于参考脉冲的时间坐标的自洽定义导致简化的实验光谱。此外，我们分析得出的RDM模型的参数化，通过整合偶极子和极化率元素的正常模式的第4阶，我们强制执行反演对称性的计算，通过数字取消的组件的响应，甚至相对于字段。由此产生的分析消除了需要调用大的多量子偶极子矩阵元素，以适应实验光谱，相反，实验光谱恢复使用RDM模拟与偶极子矩阵参数，是在独立的从头计算。TTR签名耦合分子内振动模式的基本解释保持不变，从以前的工作。
2019-07-24 physics.chem-ph
Rapid, accurate, and precise concentration measurements of a methanol-water mixture using Raman spectroscopy
在这里，我们设计，构建和表征一个紧凑的拉曼光谱为基础的传感器，测量水-甲醇混合物的浓度。传感器测量浓度的精度为0.5%，精度为0.2%，测量时间为1秒。在较长的测量时间下，精度可低至0.006%。我们表征了仪器在11天的恒定测量期间的长期稳定性，并确认系统漂移在0.02%的水平上。我们描述了提高传感器性能的方法，为在恶劣环境中实现准确、精确和可靠的浓度测量提供了一条途径。该传感器也适用于其他水-醇混合物或其他小分子液体混合物。
2018-08-14 physics.chem-ph physics.ins-det
Electronic structure, vibrational stability, infra-red, and Raman spectra of B24N24 cages
我们研究了B24N24笼的三个候选结构的振动稳定性，并报告了它们的红外（IR）和拉曼光谱。所考虑的候选结构是具有八面体O对称性的圆形笼，满足孤立正方形规则的S_4对称性笼，以及结合（4，4）纳米管帽并包含两个额外正方形和八边形的S_8对称性笼。计算是在密度泛函理论，在所有的电子水平，与大的基础设置，并在广义梯度近似。垂直电离势（VIP）和静态偶极极化率也报告。S_4和S_8笼在能量上接近简并，比O笼多出六个八角形和正方形。三个簇的IR和Raman光谱显示出显着的差异，从而提供了一种方法来识别和可能的合成笼。
2004-07-06 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Two-dimensional infrared-Raman spectroscopy as a probe of water's tetrahedrality
本研究利用平衡—非平衡分子动力学与光谱分解，揭示液态水四面体序与二维IIR光谱的关联，并解释振动模式非谐耦合特征的温度依赖。
2023-04-20 cond-mat.soft physics.chem-ph
Lambda-type sharp rise in the widths of Raman and infra-red line shape near the Widom line in super-critical water above its gas-liquid critical temperature
液氮在其临界温度附近的喇曼谱线宽度的一种辐散式上升，在过去[1-5]中曾有过许多讨论。在这里，我们探讨了这种异常的可能性，在红外和拉曼光谱的超临界水（SCW）通过改变整个Widom线的密度略高于其临界温度。振动相位弛豫有望成为研究流体动力学的灵敏探针。我们对两种不同的模型势（SPC/E和TIP 4P/2005）进行了计算机模拟，以获得必要的时间关联函数。这项工作的另一个特点是量子化学计算的非谐性参数，在很大程度上控制频率波动。当我们穿过Widom线时，我们发现两种模型的振动弛豫速率（或线宽）都急剧上升。在水中，这种上升明显不如在氮气中那么剧烈。我们将这种差异归因于水中更快的弛豫速率。我们表明，异常的上升是由于均方频率波动的急剧增加，而不是由于任何动力学临界减慢，因为归一化的频率-频率时间关联函数的时间常数显示缺乏任何明显的变化，因为我们移动过Widom线。我们提出了一个解释的观察结果，使用模式耦合理论的液体动力学。
2016-04-30 cond-mat.soft physics.chem-ph
Feynman Diagram Description of 2D-Raman-THz Spectroscopy Applied to Water
液态水的2D-Raman-THz光谱，其最近已被提出（Proc.Natl. Acad. Sci. USA 110，20402（2013））直接探测氢键网络的分子间自由度。然而，作为一项相对较新的技术，其信息内容迄今尚未得到充分探讨。虽然光谱信号可以基于结合水力场的分子动力学模拟来模拟，但是难以将光谱特征与力场的潜在微观特征相关联。在这里，采取了一种完全不同的方法，从尽可能简单的模型开始，即，一个单一的振动模式与电气和机械的非谐性增强均匀和不均匀的扩大。给出了二维拉曼太赫兹混合光谱所有可能脉冲序列的费曼图。结果表明，该模型可以解释基本上定量的实验数据与一组非常小的参数，它是初步得出的结论，实验信号来源于氢键伸缩振动170厘米左右的$^{-1}$。此外，在实验数据中观察到的回波可以通过拟合模型来量化。其线宽的主要部分是由于准非均匀加宽的慢调制限制与相关时间为370 fs，反映了氢键网络的寿命引起的吸收带。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
High-temperature simulation of the Raman spectra of the isotopologues $^{13}$C$^{16}$O$_2$ and $^{16}$O$^{13}$C$^{18}$O
Federal Institute for Geosciences and Natural Resources（联邦地球科学与自然资源研究所）
该研究基于SU₁(2)×U(3)×SU₂(2)动力学群方法，利用振动波函数模拟了$^{13}$C$^{16}$O₂和$^{16}$O$^{13}$C$^{18}$O的高温拉曼光谱，模拟结果与实验数据吻合良好，验证了模型可靠性。
2026-08-10 physics.chem-ph physics.comp-ph
Quick Detection of Contaminants Leaching from Polypropylene Centrifuge Tube with Surface Enhanced Raman Spectroscopy and Ultra Violet Absorption Spectroscopy
在聚丙烯离心管中储存数月的液体样品中发现了异常的表面增强拉曼散射（SERS）峰。在实验中，我们观察到盐酸硫胺素水溶液在PP管中储存两个月的意外拉曼峰。为了识别污染物，我们对储存在聚丙烯离心管中两个月的去离子水（DI水）进行了SERS实验，并与新鲜DI水样品进行了比较。我们还进行了紫外线（UV）吸收光谱的新鲜和污染的水。我们认为水被污染是因为从PP管中浸出的化学物质。根据GC-MS数据，发现主要污染物是邻苯二甲酸及其衍生物。对邻苯二甲酸的SERS和紫外吸收实验与先前发现的异常峰有很好的相关性。我们定性地确认了这一识别，并通过SERS和紫外吸收光谱定量估计了可疑污染物的浓度在1 μ M到10 μ M之间。利用紫外吸收光谱，我们精确地估计浓度为2.1 μ M。我们已经表明，由于长期储存，PP管中的样品可能会受到污染，并建议SERS和紫外吸收光谱作为两种快速简单的技术来检测污染
2014-02-07 physics.chem-ph q-bio.BM q-bio.QM
Tensorial properties via the neuroevolution potential framework: Fast simulation of infrared and Raman spectra
本研究推广神经演化势方法提出张量神经演化势（TNEP）方案，可高效准确预测多体系的张量性质及红外、拉曼光谱，已集成至开源软件GPUMD。
2024-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Time-resolved THz Stark spectroscopy of molecules in water
Institute of Applied Physics, University of Bern（伯尔尼大学应用物理研究所）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
该研究将时间分辨太赫兹斯塔克光谱学（TRTSS）扩展到室温水中溶解的分子，以孔雀绿和甲基橙为模型，证实其可在高极性氢键环境中观测斯塔克响应，且信号与TD-DFT计算相符，还发现构象效应会影响斯塔克参数。
2026-08-06 physics.app-ph physics.chem-ph physics.optics
Vibrational infrared and Raman spectra of the methanol molecule with equivariant neural-network property surfaces
ELTE, Eötvös Loránd University, Institute of Chemistry（厄特沃什·罗兰大学化学研究所）；Department of Physics, University of Warwick（华威大学物理系）；Warwick Centre for Predictive Modelling, School of Engineering, University of Warwick（华威大学工程学院预测建模中心）
本文利用从头电子结构数据和等变神经网络计算了甲醇分子的电偶极矩和极化率表面，用于计算振动红外和拉曼强度，结果与实验数据高度一致，为甲醇分子的量子动力学模型和天体物理应用提供了重要基础。
2026-04-30 physics.chem-ph
Hydrogen-atom roaming reactions in water clusters: Unveiling an unusual dimension of water reactivity through first-principles calculations and machine learning
Key Laboratory of Material Simulation Methods & Software of Ministry of Education, College of Physics, Jilin University（教育部材料模拟方法与软件重点实验室，吉林大学物理学院）；Institute of Theoretical Chemistry, College of Chemistry, Jilin University（吉林大学化学学院理论化学研究所）
研究通过从头计算和机器学习揭示水簇中氢原子游离反应，发现游离机制在水中的存在，补充了水反应机制的基本维度。
2026-03-13 physics.atm-clus physics.chem-ph physics.comp-ph
"On-the-fly" calculation of the Vibrational Sum-frequency Generation Spectrum at the Air-water Interface
Paderborn University（帕德博恩大学）
本研究提出基于电子结构的实时计算气-水界面v-SFG光谱的方法，用最大局域化Wannier函数求偶极矩涨落、近似极化率涨落与Wannier函数二阶矩成正比，成功捕捉氢键相关振动模式特征。
2020-06-25 cond-mat.soft physics.chem-ph
Charge gradients around dendritic voids cause nanoscale inhomogeneities in liquid water
水是生命的基质，通常被认为是均匀的，均匀的液体。最近的实验表明，水是一种双态液体。然而，这些调查结果随后受到质疑。因此，水的结构以及我们是否应该认为它是均匀的仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们报告飞秒弹性二次谐波散射（fs-ESHS）的液体水相比，各向同性液体（四氯化碳），并表明水确实是一种非均匀的液体，相干fs-ESHS强度的解释，使用分子动力学模拟，所产生的电荷密度波动和随之而来的增强纳米级极化率周围的瞬态空隙具有300 fs的平均寿命。虽然空隙也存在于四氯化碳，他们没有氢键缺陷的特点，并没有表现出强烈的极化率波动，导致fs-ESHS的各向同性液体。在高于室温的较高温度下，空隙的数量增加，与fs-ESHS结果一致。因此，测量到的纳米尺度-飞秒不均匀性不一定与所提出的水的两态模型有关，而是强调了液态水的难以捉摸的性质，并且无疑对液态水中发生的任何类型的转变都有影响。
2022-04-26 physics.chem-ph
A New Type of Two-photon Forward Radiation in Pure Liquids
在10^10Wcm-2或更小的80飞秒激光脉冲聚焦下，在纯水的正向双光子谱中观察到了一些意想不到的光谱特征，其强度远低于液态水的击穿或受激阈值。这两个宽的特征分别相对于超瑞利波长红移约2700 cm ~（-1）和5000 cm ~（-1），并且与激光强度成二次函数关系。它们与水的已知拉曼或超拉曼频率不匹配，并且它们都以向前方向的窄角度为中心。其他几种液体也表现出类似但分子特异性的光谱特征。
2007-06-16 physics.chem-ph physics.optics
Mechano-freezing of the ambient water
拉曼光谱检查的25摄氏度的水冻结在压缩下显示从1.35 GPa到0.86 GPa的转变后，冰形成在持续的体积变化。该跃迁与高频声子（Omiga_H ~ 3120 cm-1）的轻微蓝移和低频声子（Omiga_L ~ 200 cm-1）的产生有关。在液相和固相中，增加的压力使Omiga_H软化而Omida_L变硬，这表明在液体和固体水中都存在电子对间排斥。
2013-10-05 cond-mat.soft physics.chem-ph
Water Structure and Electric Fields at the Interface of Oil Droplets
本文结合界面选择性拉曼光谱与单体场模型计算，揭示油水乳液介观界面处水结构无序、氢键减弱并存在悬垂OH，且强界面电场导致其伸缩模式红移约80 cm-1，电场强度估计为35-70 MV/cm。
2024-05-03 physics.chem-ph
Ab-initio wave-length dependent Raman spectra: Placzek approximation and beyond
我们分析了如何获得非共振和共振拉曼光谱内的Placzek以及Albrecht近似。这两个近似值都是从应用Kramers、Heisenberg和Dirac公式的光散射矩阵元导出的。结果表明，Placzek表达式的结果从一个半经典近似的组合电子和振动跃迁能。分子氢，水和丁二烯作为测试案例进行了研究。事实证明，Placzek近似同意定性更准确的Albrecht制定，即使在共振制度的激发单振动量子。然而，在Placzek中不存在多个振动激发，但在共振条件下可以具有与单个激发相似的强度。Albrecht近似考虑了多个振动激发，得到的模拟光谱在共振区也与实验拉曼光谱表现出良好的一致性。
2019-06-13 physics.chem-ph quant-ph
Full molecular dynamics simulations of molecular liquids for single-beam spectrally controlled two-dimensional Raman spectroscopy
单光束光谱控制（SBSC）二维（2D）拉曼光谱是一种独特的二维振动测量技术，利用脉冲整形从单个宽带脉冲产生的短脉冲序列。该方法克服了二维拉曼光谱在处理小信号提取方面的困难，避免了复杂的低阶级联效应，从而为利用五阶二维拉曼光谱测量分子液体的分子内和分子间模提供了新的可能性。最近，为了定量研究模-模耦合机制，Hurwitz等人[Optics Express 28，3803（2020）]开发了一种用于该测量的新脉冲设计，以分离在原始单光束测量中经常重叠的五阶和三阶偏振的贡献。在这里，我们描述了一种方法，用于模拟这些原始测量和新的二维拉曼测量的基础上的二阶响应函数的方法。我们进行了充分的分子动力学模拟四氯化碳和液态水使用平衡-非平衡混合算法，从理论的角度来看，解释SBSC二维拉曼光谱方法的主要特点的目的。预测的信号分布和强度提供了可应用于2D光谱实验的有价值的信息，使其能够更有效地进行。
2021-03-19 cond-mat.other physics.chem-ph
The hydrogen bond network of water supports propagating optical phonon-like modes
液态水的局部结构作为温度的函数是一个紧张的研究来源。这种结构与水分子的动力学密切相关，可以使用拉曼光谱和红外光谱进行测量。光谱峰的归属取决于它们是集体模式还是单分子运动。液体中的振动模式通常被认为与单个分子或小团簇的运动有关。利用分子动力学模拟，我们发现色散光学声子类模式的振动和OH伸缩带。我们认为，在亚皮秒的时间尺度上，这些模式通过水的氢键网络传播的距离高达两纳米。在长波长的限制，这些光学模式表现出横向分裂，表明存在相干的长程偶极-偶极相互作用，在冰。我们的研究结果表明，液态水的动力学与冰的相似之处比以前认为的要多。
2015-11-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
