双原子分子光缔合与光解离动力学理论研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shaomingfang
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由于激光场与分子的相互作用在物质结构探测、量子计算、受控化学反应、大气环境治理、国防军事建设等方面具有广泛的应用价值,因此,随着激光技术的发展,相关研究受到了越来越多的关注。激光场的强弱没有严格界限,一般根据分子与激光相互作用的程度,将激光场分为弱场(<1010 W/cm2)、中等强度场(1011~1013 W/cm2)、强场(1013~1015 W/cm2)、超强场(>1015 W/cm2)。因为在强场作用下,分子会产生很多新奇的非线性物理现象(比如多光子跃迁、超阈值电离、超阈值解离、高次谐波等),同时电子运动与原子核运动会显示出较强的相关性,所以很多研究关注于分子与强场的相互作用过程。然而,相对较少研究关注于中等场强下,分子是否也会产生类似的非线性现象。本文针对这一问题,基于含时量子波包方法,研究了几个基元双原子分子在中等场强下的光缔合与光解离动力学过程;发现当体系处于合适的初始态时(如特定的碰撞动量或初始振动态),仍然可以在中等场强下观测到较明显的多光子跃迁、超阈值解离等非线性现象。这对于丰富分子与外场相互作用的基本理论和实现激光操控分子量子态等方面的研究有重要的意义。论文主要研究工作概括如下:(1)以HX(X=F,Cl,I)体系为例,研究了不同体系光缔合反应的态选择性。在不同初始碰撞动量下,比较了三个体系的最优光缔合几率以及多光子跃迁几率。结果表明,三个体系中,HF的光缔合几率最大且最容易发生多光子跃迁过程。此外,HCl、HI体系的初始连续态与目标振动态的耦合积分与体系光缔合几率具有相同的变化趋势,可以用来预估光缔合几率的大小;而HF体系存在较强的多光子跃迁几率,导致该耦合积分与光缔合几率变化趋势相反。(2)以HD+体系为例,研究了分子电子态非绝热耦合对体系定态振动波函数的影响。计算发现,在绝热表象下,尽管电子激发态势能是排斥态的形状,但是在核间距R=0.0-5.0 a.u.范围内,电子基态与激发态存在较强的非绝热耦合,因而,体系振动态波函数同时包含电子基态和激发态两种组份。振动波函数的电子激发态组份可以近似表示为基电子态振动波函数的叠加。(3)研究了HD+体系在中等场强下的超阈值解离过程。分别计算了初始振动态为v= 10、光场强度为I=1012 W/cm2和初始振动态为v=0、光场强度为I=5 × 1012 W/cm2条件下的解离碎片时间飞行谱,与实验报道值吻合较好;在中等场强下,详细计算了体系处于不同初始振动态(v=0~15)的解离碎片动能分布谱,发现如果选取初始振动态为v=6,那么在中等场强下也可以观测到该体系显著的超阈值解离信号。(4)以HD+体系为例,研究了一阶动力学斯塔克效应和分子内禀非绝热耦合效应对解离信号的影响。动力学计算表明,一阶动力学斯塔克效应会导致两个光缀饰电子态势能曲线在核间距R=10 a.u.附近相交,从而形成一个新的波包转移通道。此外,选取合适的激光强度和脉冲持续时间后,一阶动力学斯塔克效应可以增大两个电子态势能曲线在核间距R=12 a.u.附近(内禀非绝热耦合区域)的能量差,从而抑制解离波包通过内禀非绝热耦合在两个电子态上发生交换。
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