分子高激发振动态的动力学研究:氰化氘、氰化氢及其异构物

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对于分子的高激发振动体系,由于其振动模间有强烈的耦合,会显现接近经典的非线性性质。我们利用李代数的陪集方法,构造分子振动体系的经典相空间,探讨分子高激发振动的动力学特性。 我们的方法首先将分子的振动动力学用二次量子化语言表述成莫尔斯振子的耦合,建立代数哈密顿量,并用光谱学得到的实验数据去拟合哈密顿量中的各项系数。由这个哈密顿量,我们计算出三种根据不同思想、彼此独立的参数,来描述体系混沌程度的变化:(1)基于经典相空间概念的李雅普诺夫指数分析,(2)结合单摆动力学和量子能级概念的迪克松凹陷,以及(3)根据相邻能级间隔分布情况的统计分析。我们利用上述方法对DCN分子进行研究,结果显现了三种计算方法之间的对应关系。 我们利用上述方法对HCN、HNC及其间的过渡态由于弯曲振动所引致的混沌现象进行研究。结果显示出一致的结论:混沌运动只发生在势垒之上;随着能量增加,体系的混沌程度并不会单调地上升,而是呈现起伏或说是带状结构。我们给出了一个单摆与谐振子耦合的简单模型,它重现了HCN及其异构物体系最重要的混沌动力学特征。 共振的重叠会引致混沌,但混沌区内并不全然是混乱的运动。我们以三个振动模的水分子为例,研究了模间振动频率比值为极端无理数时耦合的动力学性质,并与共振条件下的耦合进行对比。极端无理数的耦合会对分子内振动能量的弛豫(IVR)造成阻碍。它们限制两个伸缩振动模间作用量/能量的直接交换,却允许在伸缩振动模和弯曲振动模之间进行传输。共振则受弯曲振动所主导,会引致具混沌特性的IVR。在动力学空间中,我们还可以找到共振耦合与极端无理数耦合共存的区域,说明混沌区内确实存在阻塞的结构。最后我们引入一个多重共振的简单模型,以此思路在未来进行多重共振与混沌结构更深入的研究。
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