najoNanosystems: Physics, Chemistry, MathematicsНаносистемы: физика, химия, математика2220-80542305-7971Университет ИТМОnajo-1237Research ArticlePHYSICSФИЗИКАNon-linear optical channels of the polarizability induction in a pair of interacting moleculesНелинейно-оптические каналы индукции поляризуемостиКоузовА. П.KouzovA. P.

Санкт-Петербург 198504.

A.P. Kouzov –Doctor of Physics and Mathematics, Leading Researcher,

Saint-Petersburg.

alex@ak1197.spb.eduЕгороваН. И.EgorovaN. I.

Санкт-Петербург 198504.

N.I. Egorova –Candidate of Physics and Mathematics, Assistant,

Saint-Petersburg.

КризосМ.ChrysosM.

г. Анже.

M. Chrysos –Docteur de Sciences, Professeur,

49045 Angers.

РашеФ.RachetF.

г. Анже.

F. Rachet – Docteur de Sciences, Maître de Conférences,

49045 Angers.

Санкт-Петербургский государственный университетSaint-Petersburg State UniversityУниверситет г. АнжеUniversité d’ Angers201220082025325564Copyright © Kouzov A.P., Egorova N.I., Chrysos M., Rachet F., 20252025Коузов А.П., Егорова Н.И., Кризос М., Раше Ф.Kouzov A.P., Egorova N.I., Chrysos M., Rachet F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nanojournal.ifmo.ru/jour/article/view/1237

Intermolecular interactions give rise to the incremental polarizabilities in molecular ensembles that triggers  the Raman vibrational transitions forbidden by selection rules for isolated molecules. By using the diagrammatic technique, a new channel of the long-range binary polarizability induction is established, for which the outer field and the electric field of a molecule non-linearly polarize the other particle. An account for this channel is found to  be crucial for a successful quantitative interpretation of the СО2 ν3 Raman band induced by the СО2-СО2 and СО2-Ar collisions.

Межмолекулярные взаимодействия приводят к появлению дополнительных слагаемых поляризуемости молекулярного ансамбля и разрешают колебательные переходы в спектрах комбинационного рассеяния, запрещенные правилами отбора для изолированных частиц. На основе диаграммной техники  выявлен новый дальнодействующий канал индукции парной поляризуемости, при которой внешнее поле и электрическое поле одной из молекул нелинейным образом поляризуют частицу-партнер. Показано, что учет этого канала есть необходимое условие успешной количественной интерпретации КР-полосы ν3 СО2, индуцированной столкновениями СО2-СО2 и СО2-Ar.

спектроскопия межмолекулярных взаимодействийкомбинационное рассеяниенелинейная поляризация молекулspectroscopy of intermolecular interactionsRaman scatteringnonlinear polarization of moleculesА.П. Коузов благодарит РФФИ за финансовую поддержку в рамках проектов 11-03-01245а и 11-03-00448а.ReferencesFrommhold L. Collision-Induced Absorption in Gases// Cambridge University Press, Cambridge, England, 1993, 436 p.Frommhold L. Collision-Induced Absorption in Gases// Cambridge University Press, Cambridge, England, 1993, 436 p.Ho W., Birnbaum G., Rosenberg, A. Far-infrared collision-induced absorption in CO2. I. Temperature dependence// Journal of Chemical Physics, 1971, 55, 1028-1038.Ho W., Birnbaum G., Rosenberg, A. Far-infrared collision-induced absorption in CO2. I. Temperature dependence// Journal of Chemical Physics, 1971, 55, 1028-1038.Welsh H.L., Crawford M.F., Locke J.L. Infrared absorption of hydrogen and carbon dioxide induced by intermolecular forces// Physical Review, 1949, 76, 580.Welsh H.L., Crawford M.F., Locke J.L. Infrared absorption of hydrogen and carbon dioxide induced by intermolecular forces// Physical Review, 1949, 76, 580.Amos R.D., Buckingham A.D., Williams J.H. Theoretical studies of the collision-induced Raman spectrum of carbon dioxide// Molecular Physics, 1980, 39, 1519 -1526.Amos R.D., Buckingham A.D., Williams J.H. Theoretical studies of the collision-induced Raman spectrum of carbon dioxide// Molecular Physics, 1980, 39, 1519 -1526.Holzer W., Ouillon R. Collision-induced Raman scattering in CO2 at the frequencies of the ν2 and ν3 inactive vibrations// Molecular Physics, 1978, 36, 817-826.Holzer W., Ouillon R. Collision-induced Raman scattering in CO2 at the frequencies of the ν2 and ν3 inactive vibrations// Molecular Physics, 1978, 36, 817-826.Arakcheev V. G., Bagratashvili V. N., Dubyanskiy S. A., Morozov V. B., Olenin A. N., Popov V. K., Tunkin V. G., Valeev A. A., Yakovlev D. V. Vibrational line shapes of liquid and subcritical carbon dioxide in nano-pores// Journal of Raman Spectroscopy, 2008, 39, 750–755.Arakcheev V. G., Bagratashvili V. N., Dubyanskiy S. A., Morozov V. B., Olenin A. N., Popov V. K., Tunkin V. G., Valeev A. A., Yakovlev D. V. Vibrational line shapes of liquid and subcritical carbon dioxide in nano-pores// Journal of Raman Spectroscopy, 2008, 39, 750–755.Andreeva O. V., Arakcheev V. G., Bagratashvili V. N., Morozov V. B., Popov V. K., Valeev A. A. CARS diagnostics of fluid adsorption and condensation in small mesopores// Journal of Raman Spectroscopy, 2011, 42, 1747–1753.Andreeva O. V., Arakcheev V. G., Bagratashvili V. N., Morozov V. B., Popov V. K., Valeev A. A. CARS diagnostics of fluid adsorption and condensation in small mesopores// Journal of Raman Spectroscopy, 2011, 42, 1747–1753.Kouzov A. P., Chrysos M. Collision-induced absorption by CO2 in the far infrared: Analysis of leading-order moments and interpretation of the experiment// Physical Review A, 2009, 80, 042703:1-7.Kouzov A. P., Chrysos M. Collision-induced absorption by CO2 in the far infrared: Analysis of leading-order moments and interpretation of the experiment// Physical Review A, 2009, 80, 042703:1-7.Kouzov A. P., Chrysos M., Rachet F., Egorova N. I. Collision-induced spectroscopy with long-range intermolecular interactions: A diagrammatic representation and the invariant form of the induced properties// Physical Review A, 2006, 74, 012723:1–8.Kouzov A. P., Chrysos M., Rachet F., Egorova N. I. Collision-induced spectroscopy with long-range intermolecular interactions: A diagrammatic representation and the invariant form of the induced properties// Physical Review A, 2006, 74, 012723:1–8.Craig D., Thirunamachandran T. Molecular Quantum Electrodynamics// Dover, Mineola, NY, 1998, 336 p.Craig D., Thirunamachandran T. Molecular Quantum Electrodynamics// Dover, Mineola, NY, 1998, 336 p.Киселев А. А., Ляпцев А.В. Квантово-механическая теория возмущений (диаграммный метод)// Издательство Ленинградского университета, Ленинград, 1989, 358 стр.Киселев А. А., Ляпцев А.В. Квантово-механическая теория возмущений (диаграммный метод)// Издательство Ленинградского университета, Ленинград, 1989, 358 стр.Gray C.G., Gubbins K. Theory of Molecular Fluids. Clarendon Press, Oxford, 1984, 625 p.Gray C.G., Gubbins K. Theory of Molecular Fluids. Clarendon Press, Oxford, 1984, 625 p.Варшалович Д.А., Москалев В.К., Херсонский В.К. Квантовая теория углового момента// Наука, Ленинград, 1975.Варшалович Д.А., Москалев В.К., Херсонский В.К. Квантовая теория углового момента// Наука, Ленинград, 1975.Коломийцова Т. Д. , Ляпцев А. В., Щепкин Д. Н. Определение параметров дипольного момента молекулы CO2// Оптика и спектроскопия, 2000, 88, 719-732.Коломийцова Т. Д. , Ляпцев А. В., Щепкин Д. Н. Определение параметров дипольного момента молекулы CO2// Оптика и спектроскопия, 2000, 88, 719-732.Егорова Н.И. Исследование полос антисимметричных колебаний диоксида углерода в спектрах комбинационного рассеяния, индуцированного столкновениями в чистом углекислом газе и в его смеси с аргоном// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Санкт-Петербургский государственный университет, 2007 г.Егорова Н.И. Исследование полос антисимметричных колебаний диоксида углерода в спектрах комбинационного рассеяния, индуцированного столкновениями в чистом углекислом газе и в его смеси с аргоном// Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Санкт-Петербургский государственный университет, 2007 г.Bukowski R., Sadlej J., Jeziorski B., Jankowski P., Szalewicz K., Kucharski S. A., Williams H. L., Rice B. M. Intermolecular potential of carbon dioxide dimer from symmetry-adapted perturbation theory// Journal of Chemical Physics , 1999, 110, 3785 -3803.Bukowski R., Sadlej J., Jeziorski B., Jankowski P., Szalewicz K., Kucharski S. A., Williams H. L., Rice B. M. Intermolecular potential of carbon dioxide dimer from symmetry-adapted perturbation theory// Journal of Chemical Physics , 1999, 110, 3785 -3803.Hutson J.M., Ernesti A., Law M.M., Roche C.F., Wheatley R.J. The intermolecular potential energy surface for CO2-Ar: Fitting to high-resolution spectroscopy of Van der Waals complexes and second virial coefficients// Journal of Chemical Physics , 1996, 105, 9130 -9140.Hutson J.M., Ernesti A., Law M.M., Roche C.F., Wheatley R.J. The intermolecular potential energy surface for CO2-Ar: Fitting to high-resolution spectroscopy of Van der Waals complexes and second virial coefficients// Journal of Chemical Physics , 1996, 105, 9130 -9140.Haskopoulos A., Maroulis G. Dipole and quadrupole (hyper)polarizability for the asymmetric stretching of carbon dioxide: Improved agreement between theory and experiment// Chemical Physics Letters, 2006, 417, 235–240.Haskopoulos A., Maroulis G. Dipole and quadrupole (hyper)polarizability for the asymmetric stretching of carbon dioxide: Improved agreement between theory and experiment// Chemical Physics Letters, 2006, 417, 235–240.Maroulis G. A note on the electric multipole moments of carbon dioxide// Chemical Physics Letters, 2004, 396, 66–68.Maroulis G. A note on the electric multipole moments of carbon dioxide// Chemical Physics Letters, 2004, 396, 66–68.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.