He-X2(X=Na、Li)体系的势能面和碰撞动力学研究

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碰撞能量转移是物理、化学、生命科学和材料科学等领域的重要研究课题。本论文以X2(X=Na、Li)分子的缓冲气(buffer gas,通常为He)载带冷却实验为背景,利用量子动力学理论系统地研究了He-Na2和He-Li2体系的势能面,碰撞动力学等。  本论文共分四章。第一章简述了分子间弱相互作用的理论计算方法,以及X2(X=Na、Li)体系动力学研究现状。第二章阐述了分子轨道从头算方法的基本原理和非弹性散射计算的基础理论。第三章,重点从理论上研究了He-Na2体系势能面的特性及碰撞动力学。第四章,详细讨论了He-Li2体系势能面的特性并与第三章的He-Na2体系进行了对比,重点比较了两者的异同点,总结出了He-X2(X=Na、Li)体系势能面和碰撞动力学特点。主要工作体现在以下几个方面:  (1)采用超分子耦合簇理论CCSD(T)方法,对He原子采用aug–ccpVQZ(7s3p2d1f)/[s3p2d1f]、Na原子用cc-pCVQZ(19s,12p,3d,2f,1g)/[6s,5p,3d,2f,1g]、Li原子用cc-pVQZ(12s6p3d2f1g)/[5s4p3d2f]的原子中心高斯函数,并加入{3s3p2d1f}集的键函数组成的大基组,计算得到了He-Na2和He-Li2体系的三维势能面。通过理论计算的结果确认这两个势能面上均存在两个势阱,分别对应于线型构型和T型构型,整个势能面均呈现弱的各向异性。其中He-Na2体系对应于Na-Na-He线型构型的势阱在θ=00、Rm=14a0,阱深为1.58cm-1;T型构型势阱在θ=900、Rm=12.5a0 R1 a,阱深为1.77cm-1。He-Li2体系为线型Li-Li-He构型时,势阱在θ=00、m0 R=12.8a处,阱深为1.861cm-1,T型构型时势阱在θ=900、Rm=12a0处,阱深为1.894cm-1。  (2)在所得He-Na2势能面上,对He和Na2体系的转动激发和弛豫动力学进行了详细的研究,计算结果与实验结果符合较好。并得到如下结论:(a)弹性散射(Δj=0)截面远大于非弹性截面;(b)较小Δj的跃迁主要产生前向散射,随着Δj的增加,后向散射的几率增加;(c)对非弹性碰撞,以Δj=2的跃迁为主;(d)微分截面上呈现由于量子干涉而形成的振荡结构,且随碰撞能的减小,振荡结构越加明显;(e)在较小碰撞能时,弹性截面上显现清晰的碰撞参数彩虹;(f)低能碰撞时弹性截面约为非弹性驰豫截面的106倍,这对减少冷却囚禁中分子损失是有利的。
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