Vibrational sum frequency scattering in absorptive media: A theoretical case study of nano-objects water
水溶液中纳米尺度和微米尺度物体的界面结构对于各种各样的物理、化学和生物过程是重要的。振动和频散射已成为一个有用的和独特的探针的界面结构的纳米和微米尺度的物体在水中。然而，还没有测量到整个表面的振动拉伸模谱，尽管这样做会提供非常多的信息。这样做的原因是，探测界面水的振动模式需要充分了解散装水介质的线性吸收特性如何影响和频散射过程。在这里，我们模拟了纳米级物体分散在水中的界面的振动和频散射光谱。分析了红外脉冲吸收对表面振动和频散射测量结果的影响。我们发现，红外吸收以及光学检测的类型可以大大修改测得的振动界面光谱。观察到的变化包括光谱失真，频率偏移的主要振动拉伸模式和引入一个新的高频峰。最后一个特征通过非共振相互作用而增强。
2020-07-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
Exact mid-IR quantum vibrational spectra of neutral water clusters
本文使用选定的组态相互作用方法和 q-AQUA-pol 势能面，结合响应向量法计算了中性水团簇的精确中红外振动光谱，揭示了局部单体近似的局限性，并获得了迄今最准确的六聚体光谱。
2025-09-16 physics.chem-ph
Cavity molecular dynamics simulations of liquid water under vibrational ultrastrong coupling
我们用经典的分子动力学模拟模拟了液态水的强振动耦合（VSC）和超强耦合（V-USC）。当腔模与液态水的O-H伸缩模共振耦合时，红外光谱出现不对称拉比分裂。根据腔模式的频率，下极化激元（LP）可以相对于上极化激元（UP）被抑制或增强。此外，尽管在垂直超临界和垂直超临界下水分子的静态性质和平移扩散没有发生变化，但我们发现H $_2$ O分子的取向自相关函数发生了变化，特别是在垂直超临界下，这可能在基态化学中发挥作用.
2020-06-10 physics.chem-ph physics.optics
Liquid water under vibrational strong coupling: an extended cavity Born-Oppenheimer molecular dynamics study
本研究采用Cavity Born-Oppenheimer分子动力学方法，探讨了液态水在振动强耦合下的性质，发现腔耦合导致红外光谱分裂，但对结构、传输和动力学性质无显著影响。
2025-06-30 physics.chem-ph
Understanding the Nature of Vibro-Polaritonic States in Water and Heavy Water
本文通过改变H2O浓度系统研究水和重水中振动强耦合，绘制弱、中、强耦合区域，结合传递矩阵模拟与Hopfield系数分析，揭示非均匀展宽OH/OD伸缩振动谱带对振动-极化激元态的影响。
2023-08-09 physics.chem-ph
Nuclear Quantum Effects on the Vibrational Dynamics of Liquid Water
University of Paderborn（帕德博恩大学）
本研究通过路径积分分子动力学模拟探究核量子效应对液态水振动与氢键动力学的影响，发现其会引发振动频率红移、加速振动动力学及初始关联衰减，与实验结果相符。
2018-08-30 cond-mat.soft physics.chem-ph
vdW-DF Study of energetic, structural, and vibrational properties of small water clusters and ice Ih
我们目前的结果小水团簇和六角形冰Ih的密度泛函理论研究，使用范德华密度泛函（VDW-DF）。特别是，我们研究这些系统的能量，结构和振动特性。我们的结果表现出良好的协议与实验和量子化学计算，并显示了系统和一致的改进标准交换相关泛函-使vdw-DF解决长期存在的困难与密度泛函理论在描述水的一个有前途的候选人。此外，通过比较我们的vdw-DF结果与量子化学计算和其他标准交换相关泛函，我们揭示了为什么标准泛函往往不能准确地描述这些系统的问题。
2011-06-23 cond-mat.soft physics.chem-ph
Surface charge pattern: impact on vibrational spectroscopy and physics of charged interfaces
本文通过理论实验评估水的光谱响应与表面电荷的一一对应假设，发现两者并非一一对应，而是依赖于表面拓扑结构。
2025-04-03 physics.chem-ph
Rutile TiO2 Bulk Structural and Vibrational Properties: A DFT Study on the Importance of Pseudopotentials
用第一主密度泛函理论解释了赝势对描述金红石型TiO_2（R-TiO_2）电子和振动性质的重要性。计算采用广义梯度近似（GGA）、局域密度近似（LDA）和混合泛函（HSE），赝势采用保范、超软和投影缀加波（PAW）。在DFT中选择合适的交换相关泛函和赝势是解释R-TiO 2不同性质的关键。我们发现，由范数守恒赝势和GGA预测的晶格参数与实验数据非常吻合。我们的研究表明，范数守恒赝势与GGA交换相关提供了很大的改善的电子性质的预测二氧化钛。我们观察到，使用LDA和超软赝势是一个很好的组合来描述R-TiO 2的振动特性。此外，我们观察到的温度依赖的非对称性质的振动模式，由于键长的变化和不同的晶格振动。
2018-11-09 physics.chem-ph
Anisotropic Water Structure at Charged Interfaces Studied by Depth Resolved Vibrational SFG/DFG Spectroscopy
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所）；Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA Nanociencia)（马德里先进纳米科学研究所）
通过深度解析振动SFG/DFG光谱技术，研究带电界面水结构的各向异性，揭示了界面区域水分子取向的显著差异及本体水氢键结构的稳定性。
2025-12-02 cond-mat.soft physics.chem-ph
Full dimensional (15D) quantum-dynamical simulation of the protonated water-dimer I: Hamiltonian setup and analysis of the ground vibrational state
采用多组态含时Hartree（MCTDH）方法对质子化水二聚体（H5 O2+）进行了全维量子动力学（15 D）计算.动力学用曲线坐标描述。给出了该坐标系中的动能算符的表达式，并讨论了其推导过程。所采用的PES是Huang等人的PES [JCP，122，044308，（2005）]。讨论了一种表示势能面（PES）的方案，该方案基于一种高维模型表示方案（cut-HDMR），但修改后利用了MCTDH中使用的振动波函数的模式组合表示。所使用的PES扩展的收敛是量化的，并提供证据表明，它正确地再现参考PES至少为感兴趣的能量范围。报告的零点能量的系统收敛相对于MCTDH扩展和良好的协议（16.7厘米-1以下）与扩散蒙特卡罗结果的PES黄等人。高度fluxional性质的阳离子占通过使用曲线坐标。发现系统在地面振动状态下已经通过摇摆和内部旋转运动在等效最小值之间相互转换，即，T=0。结果表明，这样一个灵活的，多极小系统的收敛量子动力学描述是可能的。
2007-07-06 physics.chem-ph
Nuclear quantum effects on the vibrational dynamics of the water-air interface
University of Paderborn（帕德博恩大学）；Paderborn Center for Parallel Computing（帕德博恩并行计算中心）；Institute for Lightweight Design, University of Paderborn（帕德博恩大学轻量化设计研究所）
本研究通过路径积分分子动力学模拟探究核量子效应对水-空气界面水分子振动动力学的影响，发现核量子效应引发振动频率红移与界面动力学加速，同时明确了界面与体相水的振动频率差异及分子层动力学特性。
2022-02-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-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
First observation of electric-quadrupole infrared transitions in water vapour
红外辐射的分子吸收通常是由于振转电偶极跃迁。电四极跃迁仍然可能发生，但它们通常比电偶极跃迁弱一百万倍，使它们的观测极具挑战性。在多原子或极性双原子分子中，从未观察到振转四极跃迁。在这里，我们报告的第一个直接检测四极跃迁的水蒸气。探测到的四极线的强度大大高于光谱数据库的标准偶极强度截止值，因此对于精确的大气和天文遥感非常重要。
2020-01-09 physics.chem-ph
Machine Learning Accelerated Computational Surface-Specific Vibrational Spectroscopy Reveals Oxidation Level of Graphene in Contact with Water
State Key Laboratory of Physical Chemistry of Solid Surfaces, iChEM, College of Chemistry and Chemical Engineering, Discipline of Intelligent Instrument and Equipment, Xiamen University（厦门大学化学化工学院物理化学固体表面国家重点实验室）；Pen-Tung Sah Institute of Micro-Nano Science and Technology, Xiamen University（厦门大学彭唐沙微纳科学技术研究院）；Institute of Artificial Intelligence, Xiamen University（厦门大学人工智能研究院）
本研究利用机器学习和第一性原理计算揭示石墨烯氧化对界面水结构的影响，通过振动光谱变化表征氧化程度，为催化和电化学领域提供新的研究视角。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Quantum nature of molecular vibrational quenching: Water - molecular hydrogen collisions
通过分子碰撞将分子内能转化为动能和从动能转化的速率允许计算气体的碰撞线形状和输运性质。转振淬灭率的知识是必要的连接光谱观测到温暖的天体物理气体，包括外大气的物理性质。对于一个系统的最重要的在这方面，振动弯曲模式淬灭的H2 O由H2，我们在这里表明，交换振动旋转和动能仍然是一个量子过程，尽管涉及大量的量子能级和大的振动能量转移。激发的量子转子的弹丸是迄今为止最有效的水的振转淬火路径。要做到这一点，我们使用一个完全量子第一原理计算，潜力和动力学，收敛它在所有阶段，在一个完整的耦合通道形式主义。我们在这里提出的速率的第一bendingmode的ortho-H2O的ortho-H2，高达500 K，在一个完全收敛的耦合通道形式主义。
2021-07-18 astro-ph.GA astro-ph.SR physics.chem-ph
Momentum-Resolved Sum-Frequency Vibrational Spectroscopy of Bonded Interface Layer at Charged Water Interfaces
水与基质（包括空气）的界面特异性氢键网络直接控制着许多带电水界面处的能量传递和化学反应途径。然而，由于离子扩散层的存在，这种结合水层结构的实验表征仍然是一个挑战。现在，我们开发了一个和频（SF）光谱方案与不同的光子动量作为一个全光学的解决方案检索的振动光谱的结合水层和扩散层，因此微观结构和充电信息的接口。该方法的应用到带电的表面活性剂-水界面揭示了一个隐藏的弱供体-H-键合的水物种，这表明完全溶剂化的表面活性剂头基的不对称水化壳结构。在另一个应用程序的两性离子磷脂酰胆碱（PC）脂质单层-水界面，我们发现一个高度极化的结合水层结构相关联的PC头基，而扩散层的贡献被实验证明是可以忽略不计的。我们的全光学方法不仅提供了电化学和生物界面的原位显微探针，而且还为促进这些研究向高空间和时间分辨率发展提供了新的机会。
2022-12-29 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.optics
On Second-Order Vibrational Lineshapes of the Air/Water Interface
我们探索通过建模如何吸收色散混合之间的第二和第三阶项修改的虚chi（2）总响应从空气/水界面的条件下，不同的电荷密度和离子强度。为此，我们使用已发表的纯空气/水界面的Im（chi（2））和chi（3）光谱，这些光谱是从计算或实验中获得的。我们发现，卡（2）总光谱线形对应于实验测量的光谱包含显着的贡献，从界面卡（2）和体卡（3）在界面电荷密度相当于小于0.005%的一个单层的水分子，特别是在3100波数3300波数的频率区域。此外，短程静态偶极电位的作用下，模仿盐水检查。我们的研究结果表明，表面电位，如果确实存在于空气/水界面，表现出自己的光谱在3200波数频率范围内观察到的紧密结合的H-键网络。
2018-03-23 cond-mat.other physics.chem-ph
Vibrational strong coupling in liquid water from cavity molecular dynamics
本文评估了腔分子动力学方法在计算液态水振动极化激元谱中的有效性，发现核量子效应仅引起频率红移，并提出一种仅需无腔光谱和腔几何结构的谐振模型，其结果与实验一致，表明该方法不比传输矩阵法提供更多洞见。
2023-05-04 physics.chem-ph quant-ph
The Structure of Liquid Water Emerging from the Vibrational Spectroscopy: Interpretation with QED Theory
本文对液态水的红外光谱实验中出现的伸缩峰进行了分析。在文献中，ATR-IR光谱测量在很宽的温度范围内反复进行，并引起了科学家之间的激烈争论。特别是一个两个组件模型相关的H-键复合物的不同强度已被提出，以证明存在两种类型的分子，因为它出现在从光谱数据。相反，分子动力学模拟支持具有不同强度的H键的多状态（连续）系统，从而产生液态水的（局部）四面体描述。我们将表明，液态水是一个量子二能级系统，根据量子电动力学（QED）的预测和几个功能（不对称的能带轮廓，存在的等色点和修改的振动伸缩带与温度）不能完全证明在一个经典的图片领域。特别地，从实验数据估计了两相的能量和熵的差异，并与QED的预测进行了比较，显示出显着的一致性。本文还讨论了亲水表面附近水的行为，并根据二能级系统模型评价了几位作者所观察到的所谓排斥区的几个特征。
2013-10-02 cond-mat.soft physics.chem-ph
The vibrational properties of benzene on an ordered water ice surface
本文提出了一种CCSD（T）+PBE-D3混合方法来计算气相苯和苯吸附在有序水-冰表面的振动特征。我们比较我们的方法对实验记录的光谱和计算使用PBE-D3的方法（谐波和非谐波）的结果。计算使用质子有序XIh水冰表面组成的288个水分子，并与实验记录的ASW冰表面的光谱结果进行比较。我们显示的重要性，包括水冰表面光谱计算，由于所得的振动模式，频率和强度的红外光谱中看到的过渡。的整体强度图案转移从一个占主导地位的$ν_{11}$带在气相中的几个高强度载体的红外光谱的吸附苯。当用于吸附苯时，本文提出的混合方法实现了21 cm $^{-1}$的IR活性模式的RMSD，而非谐波和谐波PBE-D3方法分别为72 cm $^{-1}$和49 cm $^{-1}$。与实验相比，我们的气态苯混合模型也获得了最佳结果，与非谐波和谐波PBE-D3方法的55 cm $^{-1}$和31 cm $^{-1}$相比，IR活性模式的RMSD为24 cm $^{-1}$。为了便于分配，我们生成并提供了一个对应关系图的正常模式的气体和吸附的苯分子。最后，我们计算的频率偏移，$Δν$，吸附苯相对于其气相突出的表面相互作用对振动带的影响，并评估我们选择的色散校正密度泛函理论的适用性。
2021-07-15 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Hydration shell effects in the relaxation dynamics of photoexcited Fe-II complexes in water
我们研究了光激发的Fe-II络合物溶解在水中的弛豫动力学，并确定了分子络合物在络合物和溶剂之间的界面处存在结合水的水化壳时的弛豫途径。从低自旋态开始，光激发复合物可以通过涉及电子和振动弛豫过程的不同可能跃迁的级联达到高自旋态。通过对连续溶剂模型弛豫动力学的精确路径积分计算，我们发现间歇态的振动寿命为几ps量级。由于在复杂的电子重排发生在约100 fs的时间尺度上，我们发现，该复杂的第一个重新安排自己在一个高自旋和高激发的振动状态，然后通过振动弛豫跃迁将其能量弛豫到溶剂。由此，可以清楚地识别弛豫途径。我们发现，振动态的寿命随复杂的大小（在一个球形模型），但减少与水化壳的厚度，表明水化壳作为一个额外的波动源。
2014-04-10 physics.atm-clus physics.chem-ph
Water mediated Electron Attachment to Nucleobases: Surface-bound vs Bulk Solvated Electrons
采用精确波函数和QM/MM方法研究了尿嘧啶在水中的电子吸附动力学。初始电子附着状态被发现是本地化的水和混合的电子和核自由度导致电子从水转移到尿嘧啶。尿嘧啶周围的水分子通过形成广泛的氢键网络来稳定尿嘧啶结合阴离子。大量水环境的存在加速了电子附着到尿嘧啶的速率，并且从水到尿嘧啶的完全电子转移发生在皮秒时间尺度。水电子的溶剂化程度可以导致尿嘧啶结合阴离子的初始稳定化的差异，但在较长的时间尺度上，由于表面结合和本体溶剂化电子的附着而形成的阴离子表现相似。
2020-04-11 physics.chem-ph
Quantum Simulations of Vibrational Strong Coupling via Path Integrals
报道了用恒温环聚合物分子动力学（TRPMD）方法对集体体系振动强耦合（VSC）进行的量子模拟。对于一个集合的液相水分子共振耦合到一个单一的无损腔模式，模拟表明，与一个完全经典的计算相比，列入核和光子量子效应不会导致拉比分裂的变化，但扩大极化激元线宽大致由两个因素。此外，在热平衡下，量子和经典模拟都预测，液体水的静态介电常数在腔体内部与外部相比基本不变。这一结果与最近的一项实验不一致，该实验表明液体水的静态介电常数可以在VSC下共振增强，这表明我们的方法存在局限性，或者可能是其他尚未探索的实验因素。
2022-03-06 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Reevaluating Anomalous Electric Fields at the Air-Water Interface: A Surface-Specific Spectroscopic Survey
本文利用振动和频产生光谱比较空气-水界面与体相水的电场分布，发现界面并无异常强或长寿命电场，挑战了界面电场驱动化学反应的观点。
2025-08-21 physics.chem-ph
Interfaces Govern Structure of Angstrom-scale Confined Water
本研究利用HD-SFG光谱与从头算模拟，探究石墨烯-CaF₂间可调受限尺度的水溶液，发现埃级受限前界面效应主导水结构，为理解受限水性质提供实验与理论依据。
2024-05-14 physics.chem-ph
Quantum mechanical deconstruction of vibrational energy transfer rate and pathways modified by collective vibrational strong coupling
该研究结合量子振动光谱计算、波包动力学模拟与机器学习势，以(H₂O)₂₁-腔体系为例，揭示了集体振动强耦合通过打破局域化、促进离域化并诱导分子间振动共振来开辟新的振动能量传递路径。
2024-11-22 physics.atm-clus physics.chem-ph physics.optics
Fermi resonance-algebraic model for molecular vibrational spectra
提出了一个费米共振代数模型，其中每个键的振动用一个U（2）代数来描述，并考虑了伸缩模和弯曲模之间的费米共振.用弯曲分子XY_2和弯曲分子XY_3模型分别拟合了最近观测到的水分子和砷化氢（AsH_3）的振动光谱，并与其它模型的结果进行了比较。计算表明，代数方法可以作为一种有效的方法来描述分子振动的小标准偏差。
1999-04-12 physics.chem-ph
Energy transfer and restructuring in amorphous solid water upon consecutive irradiation
星际冰和彗星冰在年轻恒星周围行星系统的形成中起着重要作用。它们的主要成分是非晶态固体水（ASW）。虽然ASW被广泛研究，振动能量耗散和结构的变化，由于振动激发是不太好理解。氢键网络可能是其中的关键组成部分。在这里，我们提出的实验结果在ASW引起的强烈的，近单色的中红外自由电子激光（FEL）辐射的FELIX-2光束线在HFML-FELIX设施在荷兰奈梅亨的Radboud大学。ASW的结构变化由反射-吸收红外光谱监测，并依赖于冰的辐照历史。实验表明，自由电子激光辐照可以引起激发态分子局部邻域的能量转移。分子动力学模拟证实了这一点：振动激发的分子可以在不破坏现有氢键的情况下重新定向为更优化的四面体环境。振动能量可以通过氢键网络转移到具有相同振动频率的水分子。因此，由于振动频率的不均匀性以及也可能阻碍能量转移的特定氢键缺陷位点的存在，我们预期非晶材料相对于结晶材料的能量耗散降低。
2022-11-29 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
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
Efficient and Accurate Simulations of Vibrational and Electronic Spectra with Symmetry-Preserving Neural Network Models for Tensorial Properties
机器学习已经彻底改变了分子性质（如势能）的高维表示。然而，很少有针对张量属性的机器学习模型，这些属性是旋转协变的。在这里，我们提出了张量神经网络（NN）模型来学习张量响应和过渡特性，其中原子坐标向量与标量NN输出或其导数相乘，以保持旋转协变对称性。这种策略保持结构描述符对称不变，使所得的张量神经网络模型是有效的标量对应。我们通过学习水低聚物和液态水的响应特性以及蛋白质模型结构单元的跃迁偶极矩来验证这种方法的性能和通用性。机器学习的张量模型已经能够有效地模拟液态水的振动光谱和真实蛋白质的紫外光谱，有望为生物分子和材料提供可行和准确的光谱模拟。
2020-08-09 physics.chem-ph physics.comp-ph
On the influence of water on THz vibrational spectral features of molecular crystals
分子组装体的纳米级结构在许多（$μ$）-生物机制中起主要作用。分子晶体是这些组件中最简单的一种，广泛用于从药物和农用化学品到营养品和化妆品的各种应用中。这种分子晶体中的集体振动可以使用太赫兹光谱进行探测，提供独特的特征光谱指纹。然而，将光谱特征与晶体构象、晶相及其环境相关联是一项困难的任务。我们提出了一个结合calculationalexperimental研究乳糖分子晶体中的水的掺入，并显示如何模拟可以用来关联在太赫兹区域的晶体构象和相位的光谱特征。使用周期性DFT模拟乳糖分子晶体，水在所观察到的乳糖太赫兹光谱的作用是澄清，提出直接和间接的贡献。一个特定的实验装置的建立，以允许控制加热和相应的样品脱水，提供晶体相变动力学的监测。除了观察到乳糖相和相转变似乎比以前认为的更复杂，包括在一个单一的阶段和不可忽略的水含量在所谓的无水阶段，我们从这项研究中得出两个主要结论.首先，THz模式分布在多个分子上，需要周期性计算而不是气相计算。其次，水化水不仅起微扰作用，而且还参与了太赫兹振动的促进作用。
2022-02-22 physics.chem-ph physics.optics
Phosphate Vibrations Probe Electric Fields in Hydrated Biomolecules: Spectroscopy, Dynamics, and Interactions
电相互作用对生物分子在其原生水环境中的结构和动力学具有强烈的影响。考虑到水合壳中水的排列方式的多样性以及结构波动的毫微微秒至亚纳秒的时间范围，人们迫切需要对局部电场的敏感非侵入性探针。磷酸基团的伸缩振动，特别是不对称的（PO 2）-伸缩振动νAS（PO 2）-，允许通过场诱导的跃迁频率的红移和伴随的振动线形状的变化来定量映射水环境中的动态电场。我们提出了一个系统的研究νAS（PO 2）-激发的分子系统的日益复杂，包括二甲基磷酸盐（DPO 4），短的DNA和RNA双链体结构，并在水中的转移RNA（tRNA）。线性红外吸收，二维红外光谱（2D-IR），和分子动力学（MD）模拟相结合，给出了定量的洞察力的电场调谐率的振动频率，电场和波动幅度，和分子相互作用的几何形状。在纯净水环境之外，磷酸根基团与Mg 2+离子的接触离子对的形成是通过νAS（PO 2）-振动的频率上移来证明的，从而导致明显的振动带。接触几何形状的频率位置由吸引力的电和排斥交换相互作用的相互作用确定。
2021-08-25 physics.chem-ph
Multidimensional quantum calculation of the infrared spectra under polaritonic vibrational strong and ultrastrong coupling
最近的实验和理论表明，分子的基态性质和化学反应性可以在光学腔中被改变。振动强或超强耦合导致振动极化激元的形成，通常通过红外光谱（IR）观察到。在这里，我们提供了一个理论框架进行多维量子模拟的红外光谱时，分子与腔模式相互作用。以单个水分子为例，结合精确的势能面和偶极矩面，我们实现的腔振动自洽场/虚态组态相互作用（cVSCF/VCI）能够定量预测分子在腔内外的红外光谱.共振分裂和蓝/红移的光谱特征被发现与腔模的频率和偏振方向高度相关。对模拟光谱的进一步分析表明，极化激元强振动耦合极大地诱导了分子振动模之间的耦合，表明腔可以显著地加速分子内的振动能量转移。
2022-04-12 physics.chem-ph
Vibrational tunneling spectra of molecules with asymmetric wells: a combined vibrational configuration interaction and instanton approach
将振动自洽场（VSCF）和振动组态相互作用（VCI）方法与半经典瞬子理论相结合，研究了多阱分子的振动隧穿谱.该方法可以应用于计算具有任意数量阱的系统中的低振动态，这些阱不一定通过对称性操作来关联。它特别适合于阱被大势垒分隔且隧穿分裂小的系统，因此精确的量子力学方法的计算成本过高。在二维双阱模型系统和丙二醛上测试了该方法的准确性，并将结果与精确的量子力学计算进行了比较。该方法随后被施加到不对称氘代丙二醛，它具有非简并的振动频率在两个井。该谱是以单阱VSFC/VCI计算为代价获得的。不同阱的状态之间的相互作用是半经典计算在一个相对可以忽略不计的计算成本。该方法特别适用于水分子团簇研究中的光谱计算和归属。
2022-02-04 physics.chem-ph
Infrared spectroscopy of endohedral water in C$_{60}$
在液氦温度下，用红外吸收光谱法研究了H-$_2$-O@C-$_{60}$和C-$_{60}$固体混合物中水分子的结构.从邻位-对位转换过程中的光谱的演变，光谱线被确定为对位和邻位水的过渡。在中红外区观察到8个具有转动侧峰的振动跃迁：$ω_1$、$ω_2$、$ω_3$、$2ω_1$、$2ω_2$、$ω_1 +ω_3$、$ω_2 +ω_3$和$2ω_2+ω_3$。与游离\water /相比，振动频率$ω_2$和2 $ω_2$降低1.6%，其余降低2.4%。一个由振转哈密顿量与水的偶极和四极矩与晶体场相互作用的模型被用来拟合红外吸收光谱。电四极子与晶场的相互作用提高了转动能级的简并度。纯$v_1$和$v_2$振动跃迁的有限振幅与水分子偶极矩与晶格诱导电场的相互作用是一致的。发现封装的\water /的永久偶极矩为$0.5\pm 0.1$ D，如从远红外旋转线强度确定的。在110 cm $^{-1}$（13.6meV）处观察到\water /在C $_{60}$分子笼中的量子化质心运动的平移模式。
2021-02-12 cond-mat.other physics.chem-ph
Isotope Effects in 2D correlation infrared Spectra of Water: HEOM Analysis of Molecular Dynamics-Based Machine Learning Models
Kyoto University（京都大学）
研究通过HEOM方法分析水和重水的二维光谱，揭示能量激发、弛豫及振动退相干的相互作用机制。
2026-03-18 physics.chem-ph
Evidence of two distinct local structures of water from ambient to supercooled conditions
水的液态和过冷态表现出一系列的反常现象，其性质仍有争议。一个关键的作用是由于形成的结构聚集体引起的临界现象发生在过冷区域深处的水异常和隐藏的关键过程的性质仍然难以捉摸。在这里，我们报告的时间分辨光学克尔效应的振动动力学和弛豫过程中的过冷水调查。该实验测量水分子间振动和结构弛豫过程在一个扩展的温度范围内，并与前所未有的数据质量。模式耦合分析的实验数据，使表征分子间的振动模式和它们的相互作用与结构弛豫过程。结果带来的证据的共存的两个本地配置，这被解释为高密度和低密度的水的形式，后者在低温下的重量增加。
2013-12-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Experimentally Probing the Libration of Interfacial Water: the Rotational Potential of Water is Stiffer at the Air/Water Interface than in Bulk Liquid
液态水的大多数性质是由它的氢键网络决定的。因为形成水界面需要终止该网络，所以人们可能期望界面水的分子水平性质与本体水显著不同。有趣的是，许多先前的实验和理论工作已经发现，从它们的时间平均结构和皮秒结构动力学的角度来看，在空气/水界面处的氢键结合的OH基团与在大量液态水中的氢键结合的OH基团的行为相同。在这里，我们报告的第一个实验观察界面水的天平动（即受抑旋转）使用基于激光的技术振动和频光谱。我们发现这种模式的频率为834 cm $^{-1}$，比相同温度下的散装液态水高$\approx 165$ cm $^{-1}$，与散装冰相似。由于振动频率与水的旋转势的刚度成比例，因此这种增加表明在空气/水界面处终止本体水的氢键网络的一个效果是阻碍水围绕完整的氢键的旋转。由于在散装液态水的天平动起着关键作用，在稳定反应中间体和耗散多余的振动能量，我们希望能够探测这种模式在界面水在水界面的非均相反应的动力学打开新的视角。
2017-11-27 cond-mat.mtrl-sci 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
Electron attachment to Cytosine: The Role of Water
我们提出了一个EOM-CCSD为基础的QM/MM研究的电子附着过程的胞嘧啶，溶剂化在水中。微水化研究不能捕获大体积水环境对电子附着过程的影响，并且需要在计算中包括大量的水分子以获得收敛的结果。本体溶剂化胞嘧啶中的电子附着通过门口机制发生，其中初始电子位于水上。电子随后通过电子和核自由度的混合转移到胞嘧啶，这在超快时间尺度上发生。大量的水环境稳定的胞嘧啶结合阴离子通过广泛的氢键网络，并提高了电子转移速率从气相中观察到的歧管。从我们的QM/MM计算得到的绝热电子亲合势和电子转移速率的预测与现有的实验结果一致。
2020-11-09 physics.chem-ph
'Divide-and-conquer' semiclassical molecular dynamics: An application to water clusters
本文利用我们最近建立的分治半经典方法[M。Ceotto，G. Di Liberto和R. Conte，Phys. Rev. Lett. 119，010401（2017）]。这种技术使我们能够模拟量子振动光谱的高维系统从全维经典轨迹和投影的半经典传播到一组较低的维子空间。所采用的势能面是一个多体表示的三体条款，其中单体和两体相互作用描述的高水平Wang-Huang-Braams-Bowman（WHBB）水的潜力，而对于三体相互作用，计算采用快速置换不变的从头计算表面在同一水平的WHBB三体势的理论。应用范围从水二聚体到水十聚体，一个由84个振动自由度组成的系统。结果一般与文献中以前的变分估计。这是特别真实的弯曲和高频拉伸运动，而氢键的强烈影响的模式的估计是红移，在少数情况下，甚至大幅，作为一个结果的动力学和全球图片所提供的半经典方法。
2018-03-13 physics.atm-clus physics.chem-ph quant-ph
Anharmonic Vibrational Eigenfunctions and Infrared Spectra from Semiclassical Molecular Dynamics
我们描述了一种新的方法，半经典分子动力学的基础上，允许模拟红外吸收或发射光谱的分子系统，包括非谐强度。这是从半经典功率谱通过计算第一振动本征函数作为一个线性组合的谐波状态，然后与振动跃迁的振子强度。我们测试的方法对一维莫尔斯潜在的，并将其应用到水分子与离散变量表示量子基准的结果非常一致。该方法不需要任何网格计算，可直接推广到高维系统。通过适当的截断方案，可以避免通常的基组大小与系统维数的指数缩放。此外，该方法的优点是提供超出谐波近似的IR光谱，而不会失去根据振动的正常模式直观分配吸收峰的可能性。
2018-11-09 physics.chem-ph
HEOM-Based Numerical Framework for Quantum Simulation of Two-Dimensional Vibrational Spectra in Molecular Liquids (HEOM-2DVS)
Department of Chemistry, Graduate School of Science, Kyoto University（京都大学理学研究科化学系）
本文提出HEOM-2DVS框架，用于模拟分子液体中二维振动光谱，研究非马尔可夫开放量子动力学中的能量弛豫、退相干等过程。
2026-03-17 physics.chem-ph
Electron dynamics mediate the water-carbon π bond
JILA, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校 JILA）；Department of Chemistry, University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校化学系）；Sandia National Laboratories, Livermore（桑迪亚国家实验室）
研究揭示了水分子与芳香π键的电子动力学对振动信号的影响，通过机器学习方法发现电子动态可淬灭部分水振动信号并放大其他信号，对水与芳香系统相互作用建模有普遍意义。
2026-04-10 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-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
Towards decoding the structure of water-magnetite interface
University of Vienna（维也纳大学）；TU Wien（维也纳工业大学）；Max Planck Institute for Polymer Research（马克斯·普朗克聚合物研究所）
本研究结合神经网络势分子动力学模拟与和频生成振动光谱，探究了磁铁矿-水界面的氢键动力学与羟基物种，揭示了界面水分子的偶极取向规律及表面吸附羟基的取向机制。
2026-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A comparative study on bulk and nanoconfined water by time-resolved optical Kerr effect spectroscopy
水合多孔二氧化硅的低频振动光谱对氢键相互作用特别敏感，并提供了大量关于基质孔隙中所含水的结构和动力学性质的信息。我们系统地研究了这一光谱区域的Vycor多孔二氧化硅（孔径约4 nm）的一系列样品在不同程度的水合作用，从干基质完全填充孔。光谱作为时间分辨外差检测的光学克尔效应（HD-OKE）测量的傅里叶变换而获得。这些光谱与散装水的比较，使我们能够提取和分析分别的第一和第二水化层的光谱贡献，以及散装样的内部水。我们的结论是，超过10%的水/二氧化硅重量比进入孔隙的额外的水的行为非常类似于本体水。在较低水平的水化，对应于两个完整的表面水层或更少，H-键的弯曲和拉伸带，在体相中的水的四面体配位的特征，逐渐消失：显然在这些条件下的H-键连接是非常不同的液体水。从随时间变化的HD-OKE信号的衰减测量的结构弛豫时间观察到类似的行为。内部水的值与主体液体的值非常相似;前两个水层的值肯定要长约4倍。当采用孔隙限制以向较低温度延伸过冷水的可达温度范围时，应仔细考虑这些发现。
2013-04-30 cond-mat.soft physics.chem-ph
Predictive quantum vibrational spectra through active learning 4G-NNPs
University of Missouri - Kansas City（密苏里大学堪萨斯城分校）
本文提出一种基于主动学习的4G-NNPs方法，用于预测复杂凝聚相和界面的量子振动光谱，无需显式训练偶极矩。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Anharmonic Vibrational Dynamics of DNA Oligomers
结合双色红外泵浦-探测光谱和非谐力场计算，我们表征了腺嘌呤-胸腺嘧啶dA $_{20}$ -dT $_{20}$ DNA寡聚体中指纹模式与氢键对称NH-$_2$伸缩振动之间的非谐耦合模式.具体而言，它示出的NH $_2$弯曲和CO伸缩振动，都吸收约1665 cm-1之间的非谐耦合，可以用来分配NH $_2$基本跃迁在3215 cm-1，尽管水的广泛的背景吸收。
2008-12-17 physics.bio-ph physics.chem-ph
Path Integral Brownian Chain Molecular Dynamics: A Simple Approximation of Quantum Vibrational Dynamics
本文提出布朗链分子动力学（BCMD）方法，通过随机化非质心速度将牛顿方程与过阻尼朗之万方程结合，以缓解路径积分模拟中的链共振和曲率问题，并在简单分子、液态水及质子化水团簇上验证了其正确性和实用性。
2024-01-25 physics.chem-ph physics.comp-ph
Hydrogen peroxide forms spontaneously in water (bulk, film, or microdroplet) via reduction of dissolved oxygen at solid-water interface
本研究针对Zare团队提出的喷雾微液滴气-水界面自发产过氧化氢且其浓度受相对湿度影响、或与病毒感染季节性相关的结论，提出了另一种替代性解释。
2024-05-09 cond-mat.soft physics.chem-ph
Ion-water clusters, bulk medium effects, and ion hydration
气相离子-水团簇的热化学连同团簇和水配体的水合自由能的估计被用来计算离子的水合自由能。水合计算通常使用溶剂的连续模型。准化学理论的原始准化学近似提供了一个透明的框架来锚定这样的努力。在这里，我们评估的原始拟化学方法中固有的近似，并阐明了不同的角色的散装介质。我们发现，散装介质可以稳定的集群，通常不会在气相中观察到的配置，同时也降低了过剩的化学势的离子。这种效应对于软离子更为明显。由于使离子的过量化学势最小化的配位数被确定为最佳或最可能的配位数，因此对于这样的软离子，在不考虑离子-水簇合反应的体相介质的情况下获得的最佳簇合物尺寸和水合热力学可以不同于在水离子的模拟中观察到的那些。在这项工作中提出的想法，预计将是相关的实验研究，翻译热化学的离子-水集群的水合离子的热力学和不断发展的理论方法，结合高层次的计算与粗粒度模型的集群的介质。
2011-05-24 physics.bio-ph physics.chem-ph
Raman and Infrared spectra of (BaF2)n (n=1-6) clusters
在密度泛函理论框架下研究了碱土金属氟化物团簇（BaF 2）n（n=1-6）的振动性质.计算的拉曼和红外光谱表明，随着团簇尺寸的增加，拉曼和红外峰位向低频区域移动。并将计算结果与BaF_2晶体的振动光谱进行了比较。虽然小尺寸团簇缺乏平移对称性，但（BaF 2）5-6的结构和振动特性更接近体相。
2015-05-01 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus physics.chem-ph
