【摘 要】
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太赫兹（THz）波是指频率在0.1-10THz之间的一段电磁波,位于微波和红外波之间。通过研究有机物在太赫兹波段的吸收光谱可以深入了解所研究物质的微观结构和分子内分子间弱相互作用等物理信息,因此,目前研究人员开展了利用太赫兹技术对有机物特性的研究。但是,由于水对太赫兹波有强吸收作用,所以对含水物质在太赫兹波段的光谱特性研究进展缓慢。基于此,本文结合理论和实验深入研究了水溶液中α-乳糖一水合物和L-
【基金项目】
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国家自然基金面上项目“利用高激发态里德堡原子对太赫兹波的频率上转换研究”（编号:62075179）；
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太赫兹（THz）波是指频率在0.1-10THz之间的一段电磁波,位于微波和红外波之间。通过研究有机物在太赫兹波段的吸收光谱可以深入了解所研究物质的微观结构和分子内分子间弱相互作用等物理信息,因此,目前研究人员开展了利用太赫兹技术对有机物特性的研究。但是,由于水对太赫兹波有强吸收作用,所以对含水物质在太赫兹波段的光谱特性研究进展缓慢。基于此,本文结合理论和实验深入研究了水溶液中α-乳糖一水合物和L-精氨酸的太赫兹光谱特性,主要工作如下:利用密度泛函理论对隐式水溶剂模型中的α-乳糖一水合物和L-精氨酸进行几何优化和频率计算,分别得到了它们的THz吸收光谱。进而,对两种含水物质的各个特征吸收峰的振动模式进行了归属。最后,使用相互作用区域指示函数对水溶剂下α-乳糖一水合物和L-精氨酸分子内相互作用类型和位置进行了指认。实验上,对传统的太赫兹时域光谱系统进行了改进,通过使用高倍增光电导天线和平行平板波导克服了水对测量含水样品的影响,测得了 α-乳糖一水合物水溶液在0.1-1.5 THz范围的四个特征吸收峰,分别位于0.50 THz、0.94 THz、1.17 THz、1.38 THz。在太赫兹时域光谱系统中使用高倍增光电导天线和样品池实现了对L-精氨酸水溶液在0.1-2 THz波段内的吸收光谱实验,得到其特征吸收峰为0.99 THz、1.37 THz、1.46 THz、1.7 THz。通过对比,α-乳糖一水合物水溶液和L-精氨酸水溶液太赫兹吸收光谱的计算结果和实验结果基本吻合。表明本文使用的密度泛函理论计算方法和改进的太赫兹时域光谱系统实验方法可以实现对含水样品在太赫兹波段光谱特性的研究,并且为深入理解体系内各原子和原子基团的相互作用和振动模式提供了一种行之有效的方法。本文对探究含水样品在太赫兹波段的光谱特性具有重要的参考价值。
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