Molecular solvation in van-der-Waals heteroclusters: the benzene-argon system revisited

CEA, Centre d'Études de Saclay Bât 522, Service des photons, atomes et molécules, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France.

Abstract

New spectroscopic and dynamical results obtained on the benzene-argon_n clusters allow us to assign the spectroscopic features of these clusters to cocoon-like wetting forms alone, in contrast to the previous Interpretations reported in the literature, like the simultaneous existence of two phases (liquid vs. solid) or of several types of isomers (wetting vs. non-wetting). In particular, from data provided by three different solvation indicators (electronic shifts, ionization potentials and microsecond time scale dynamics in the ion), a clear evidence is given for the closure of the first solvent shell at n ~ 20. The misinterpretations given in the former studies are shown to be due to a systematic underestimation of the effects of evaporation in the ion, which are found to be particularly present In one-color ionization experiments and as soon as the cocoon-like cluster ions possess a few weakly-bound solvent atoms in a second layer.

Résumé

Les résultats nouveaux obtenus sur la spectroscopie et la dynamique des agrégats benzène-argon_n nous permettent d'attribuer les caractéristiques spectroscopiques de ces agrégats aux seules formes mouillantes de type "cocon" contrairement aux interprétations antérieures données dans la littérature, comme l'existence simultanée de deux phases (liquide et solide) ou encore de plusieurs types d’isomères (mouillants et non mouillants). En particulier, à partir de données issues de trois indicateurs de solvatation différents (déplacements électroniques, potentiels d'ionisation et dynamique de l'ion à l’échelle de la microseconde), il apparaît clairement que la fermeture de la première couche de solvant se produit pour la taille n ~ 20. Les interprétations erronées des études antérieures sont clairement dues à la sous estimation systématique des effets de l'évaporation dans l'Ion, qui sont nettement présents dans les expériences d'ionisation à une couleur et lorsque les agrégats Ioniques en forme de cocon possèdent des atomes de solvant plus faiblement liés en seconde couche.