Ultrafast intramolecular and intermolecular energy transfer of water molecules in pure liquid water and aqueous salt systems
Creators: name: Kaliannan, Naveen Kumar
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2023

description: Einblicke in die Struktur und Dynamik des Wasserstoffbrückenbindungsnetzwerks (HB) in reinem flüssigen Wasser und wässrigen Salzsystemen sind für das Verständnis vieler biologischer, biochemischer und umweltbezogener Prozesse auf molekularer Ebene von wesentlicher Bedeutung. Da der spektroskopische Bereich der Dynamik von HB-Netzwerken im Terahertz (THz)-Frequenzbereich liegt, kann die vielversprechende neue zeitaufgelöste THz-Pump-Raman-Probe-Technik direkt angewendet werden, um die niederfrequenten kollektiven Moden von Wasser mit einem THz-Puls mit einem einzigen Zyklus anzuregen/anzuregen und die kollektiven Polarisationsanisotropie-Antworten des Systems zu verfolgen, die sowohl Einzelmolekül- als auch molekulare kollisions-/interaktionsinduzierte Antworten enthalten.In dieser Arbeit haben wir die THz-elektrische Feld-induzierte transiente kollektive Polarisierbarkeitsanisotropie von reinem flüssigem Wasser und mehreren wässrigen Salzsystemen über einfache und molekulare Hyperpolarizitäten mit erweiterten Dipol-induzierten-Dipol (DID)-Modellen unter Verwendung von polarisierbaren und nicht-polarisierbaren Kraftfeld-Molekulardynamik (MD) Trajektorien simuliert. Die MD-Trajektorien wurden direkt mit der Wirkung eines Einzelzyklus-THz-Pulses simuliert, der in den zeitaufgelösten THz-Kerr-Effekt (TKE)-Experimenten von Mohsen und Vasileios verwendet wurde, jedoch mit einer stärkeren Intensität, um statistische Probleme zu überwinden. Unsere Studie zeigt, dass das erweiterte DID-Modell für Hyperpolarizitäten mehrere experimentelle TKE-Doppelbrechungsmessungen getreu reproduziert, während das einfache DID-Modell nicht ausreicht. Der Vergleich der Ergebnisse der ....
description: Insights into the structure and dynamics of the hydrogen bonding (HB) network in pure liquid water and aqueous salt systems are essential for understanding many biological, biochemical, and environmental processes at the molecular level. Because the spectroscopic range of the dynamics of HB networks lies in the terahertz (THz) frequency region, the promising novel time-resolved THz-pump-Raman-probe technique can be applied directly to excite/pump the low-frequency collective modes of water with a single-cycle THz pulse, and to track the system's collective polarizability anisotropy responses, which contain both single molecule and molecular collision/interaction-induced responses.In this thesis work, we have simulated the THz-electric-field-induced transient collective polarizability anisotropy of pure liquid water and several aqueous salt systems, via simple and molecular hyperpolarizabilities extended dipole-induced-dipole (DID) models, using polarizable and non-polarizable force field molecular dynamics (MD) trajectories. The MD trajectories were directly simulated with the effect of a single-cycle THz pulse used in the time-resolved THz Kerr effect (TKE) experiments of Mohsen and Vasileios, but with a stronger intensity to overcome statistical problems. Our study demonstrates that the hyperpolarizabilities extended DID model faithfully reproduces several TKE experimental birefringence measurements, while the simple DID model is not enough. The comparisons of polarizability anisotropy results from polarizable and non-polarizable force fields show that the inclusion of induced polarization effects in the force field MD is essential to reproduce the experimentally measured concentration-dependent birefringence of strong aqueous salt systems ....