氢分子离子超精细结构理论综述

通过氢分子离子振转光谱的高精度实验测量和理论计算,可以精确确定基本物理常数,如质子-电子质量比、氘核-电子质量比、里德伯常数、以及质子和氘核的电荷半径.氢分子离子光谱包含丰富的超精细结构,为了从光谱中提取物理信息,我们不仅需要研究振转光谱跃迁理论,还需要研究超精细结构理论.本文回顾了氢分子离子精密光谱的实验和理论研究历程,着重介绍了氢分子离子超精细结构的研究历史和现状.在20世纪的下半叶就有了关于氢分子离子超精细劈裂的领头项Breit-Pauli哈密顿量的理论.随着21世纪初非相对论量子电动力学(NRQED)的发展,氢分子离子超精细结构的高阶修正理论也得到了系统的发展,并于最近应用到H_(2)^(+)和HD^(+)体系中,其中包括mα^(7) ln(α)阶量子电动力学(QED)修正.对于H_(2)^(+),超精细结构理论计算经过数十年的发展,可以与20世纪的相应实验测量符合.对于HD^(+),最近发现超精细劈裂实验测量和理论计算存在一定的偏差,且无法用mα^(7)阶非对数项的理论误差来解释.理解这种偏差一方面需要更多的实验来相互检验,另一方面对理论也需要进行独立验证并发展mα^(7)阶非对数项理论以进一步减小理论误差.

基于冷分子离子HD^(+)振转光谱的精密测量

由一个质子、一个氘核和一个电子组成的氢分子离子“HD^(+)”是最简单的异核双原子分子,其有着丰富的、可精确计算和测量的振转跃迁谱线.通过HD^(+)振转光谱实验测量和理论计算的对比,可实现物理常数的精确确定,量子电动力学理论的检验,并开启了超越标准模型新物理的探寻.目前,HD^(+)的振转跃迁频率确定的相对精度已经进入了10^(-12)量级,并由此获得了当前最高精度的质子电子质量比,相对精度达到20 ppt(1 ppt=10^(-12)).本文全面介绍了目前HD^(+)振转光谱的研究现状与理论背景,阐述了基于Be^(+)离子协同冷却HD^(+)分子离子的高精度振转光谱测量方法,包括Be^(+)离子和HD^(+)分子离子的产生与囚禁,HD^(+)外态冷却与内态制备,双组分库仑晶体中HD^(+)数目的确定,以及HD^(+)振转跃迁的探测.最后,文章展望了进一步提高频率测量精度的光谱前沿技术,及同位素氢分子离子的振转光谱在未来研究中的发展前景.

强激光场中异核氢分子离子HD^+的动力学行为的研究

基于分子动力学的经典轨迹方法,采用四步四阶显式辛格式算法对强激光场中异核氢分子离子HD+的各种动力学行为的时间演化进行计算,对计算结果进行分析,并和同核氢分子离子H2+的动力学行为相比较,得到异核氢分子离子不同于同核氢分子离子的动力学行为特点.计算结果与理论分析的一致,验证了采用辛算法研究强激光场作用下的分子动力学行为是可行的.

PuX^2＋（X=O,H,N,C）分子离子的势能函数与稳定性

用密度泛函B3LYP方法对PuX2+(X=O,H,N,C)分子离子进行了理论研究,结果表明:PuO2+,PuH2+,PuN2+和PuC2+分子离子能稳定存在,基态电子状态是X5∑-(PuO2+),X8∑-(PuH2+),X4∑+(PuN2+)和X9∑-(PuC2+),势能函数为Murrell-Sorbie势函数,并导出了相应的几何性质,力学性质和光谱数据.

速度调制分子离子激光光谱技术的理论研究

介绍了速度调制光谱对分子离子测量过程中的一些基本问题,运用朗之万运动方程导出了离子在交流电场中的漂移速度表达式;在小调制度近似下,给出了速度调制谱线的解析表达式,表明谱线的基本线型为高斯线型的一次微分线型、强度与调制度成正比;还讨论了调制电场对谱线的影响。

双色激光场中1维共线氢分子离子的经典动力学研究

运用经典理论方法,并采用辛算法数值求解了双色激光场作用下1维共线氢分子离子(H2+)的哈密顿正则方程,得到了氢分子离子在激光场下的经典轨迹。计算了单色场和双色场下氢分子离子(H2+)的存活几率、电离几率、解离几率、库仑爆炸几率随时间的演化,分析了双色场的相位、强度、强度比及倍频的变化对氢分子离子动力学行为的影响,并给出了相应的物理解释。

激光场中一维和三维氢分子离子模型经典动力学行为的比较

应用经典轨迹方法,采用辛算法数值求解激光场中的一维和三维氢分子离子(H2+)的Hamilton正则方程,得到氢分子离子在激光场作用下的经典轨迹,并比较分析氢分子离子一维模型与三维模型的存活、解离、电离和库仑爆炸等动力学行为,以及电子的运动情况的相似之处.数值结果表明,采用一维模型能近似定性反映氢分子离子的动力学行为,并且简便可行.

PdY^(n±)(n=0,1,2,3)分子离子的结构与稳定性

在Pd和Y原子相对论有效原子实势和基函数SDD下,使用密度泛函理论B3LYP方法对PdYn±(n=0,1,2,3)分子离子的势能曲线与稳定性进行计算研究,结果表明,PdY分子和PdY-,PdY2-,PdY3-与PdY+分子离子的基态电子状态分别为X2∑、X1∑、X2∑、X1∑、X1∑,能稳定存在,势能函数可用Murrell-Sorbie函数表达,并计算得到相应的力常数与光谱数据;PdY2+和PdY3+分子离子的基态分别为X2∑和X1∑,是亚稳定态,PdY3+分子离子的三重态是排斥态,不能稳定存在.

用双原子分子离子XY^+的能量自洽法研究卤化氢离子HX^+(X=F,Cl,Br,I)基态的势能函数

利用研究双原子分子离子XY+解析势能函数的能量自洽法(ECMI)研究了四个卤化氢离子HX+(X=F,Cl,Br,I)基态X2∏的势能函数.得到的势能函数表明,ECMI势能很好与Rydberg-Klein-Rees(RKR)数据相符合,而且在离子的渐进区和离解区域,ECMI势比常用的中性分子的势能函数的Morse势和Huxley-Murrell-Sorbie(HMS)等的结果更可靠,并能得到RKR方法在渐进区和离解区可能缺乏的势能数据,并且表明将能量自洽法从中性分子XY推广到一价双原子分子离子XY+是可行的.

双原子分子离子XY^+部分电子态完全振动能谱的精确研究

关于双原子分子离子XY+的完全振动能谱,目前还没有实验和理论的数据报道。本文首次应用代数方法AM(Algebraic Method),获得了BeH+-X1Σ+态,CO+-X2Σ+态,F2+-X2Πg态,O2+-A2Πu态和Li2+-X2Σg+态的精确振动光谱常数和完全振动能谱,解决了实验方法和精确量子力学理论方法难以获得双原子分子离子XY+的包含最高振动能级在内的所有高阶振动能级的精确数值这一问题。所有研究结果表明:由部分较低的实验精确振动能级,可用AM产生双原子分子离子XY+的精确振动光谱常数和包含全部激发态的完全振动能谱;所得的AM振动能谱比其他理论方法得到的结果更好。

小分子化合物在离子阱质谱中的分子离子反应研究

利用离子阱质谱的原理和特点 ,研究了小分子醇、醚、胺、醛、酮等有机化合物 (分子量小于 2 0 0 )在离子阱里的分子离子反应 ,总结了反应特点和规律 ,并把它归类为自身化学电离 (SCI)反应 .以丁酮、丙烯醇为例 ,采用FTMS对反应产物离子进行准确质量测定 ,验证了它们各自的分子离子反应结果 .另外 ,把该类化合物 (30个 )SCI反应的质谱图与NIST98库中的标准EI质谱图进行了比较 ,建立了SCI质谱图库 ,提高了在离子阱质谱上对这类小分子化合物定性分析的准确率 .

NF^X(X=-1,0,+1)分子离子基态的结构与势能函数

用密度泛函理论的B3LYP方法,分别以6-311++g(df,3pd),6-311g(3d,3p)和6-311++g(3df,3pd)为基函数对NF分子、NF+和NF-离子基态进行几何优化和频率计算,并进行单点能扫描计算.用最小二乘法拟合得到NFX(X=-1,0,+1)分子离子基态的Murrell-Sorbie势能函数.利用得到的解析势能函数计算出的NF分子和NF+离子基态光谱常数(Be,αe,ωe,ωeχe)与实验值符合很好.首次得到NF-离子基态的光谱常数(Be,αe,ωe,ωeχe)和力常数(f2,f3,f4),为NF-离子基态的后期研究提供理论参考.

ZnH^(n±)(n=0,1,2)双原子分子离子光谱与分析势能函数研究

用密度泛函B3LYP/6-311++g(d,p)方法对ZnH^(n+)(n=0,1,2)分子离子的势能函数及光谱常数进行了分析,结果表明0价和±1价分子离子都能稳定存在而±2价离子有亚稳定态存在,其基态电子态分别为~2∑(ZnH),~1∑(ZnH^+),~1∑(ZnH^-),~2∑(ZnH^(2+)),~2∑(ZnH^(2-)),其中±2价离子的势能函数曲线明显呈"火山口"型,属于亚稳态分子离子,用八参数Murrell-Sorbie势拟合±2价亚稳态双原子分子离子势能函数得到的拟合曲线与势能扫描点符合得非常好,而四参数Murrell-Sorbie势对±2价离子的拟合与势能扫描点有较大的差距.

VH_2^+分子离子的结构与势能函数

本文从VH2+分子离子基态的电子状态及其离解极限出发,采用B3PW91的方法,对V原子采用SVP基组,对H原子采用6-311 ++G基组优化出VH2+(X3A2)分子离子稳定构型的平衡核间距Re=0 .1631 nm,∠HVH =112 .3858°,同时计算出振动频率,并使用多体项展式理论方法,导出了基态VH2+分子离子的分析势能函数,该势能表面准确地再现了VH2+(C2v)平衡结构,然后根据势能函数等值图讨论了反应势能面的静态特征,并利用杂化轨道理论解释了VH2+分子离子的结构.

强磁场中氢分子离子H_2^+ 能级的绝热及绝热变分计算

采用绝热近似和绝热变分近似两种方法,计算了均匀强磁场(10≤β≤1000)中H+2的σg,πu,δg,u,γg,ηu态的能级及原子核间的平衡距离。

塞曼效应在Cl_2^+及其同位素分子离子光谱标识中的应用

利用光外差磁旋转速度调制光谱技术获得了可见光波段(16820～17350cm-1)Cl2+分子离子的A2Πu-X2Πg电子跃迁吸收光谱.在标识Cl2+及其同位素分子离子谱带的过程中,应用塞曼效应,准确指认了属于Ω=1/2子带系的三个子带.它们分别是35Cl2+和35Cl37Cl+的(3,7)带的Ω=1/2子带以及35Cl2+的(2,7)带的Ω=1/2子带.其标识结果扩展了Cl2+分子离子的基态和激发态能级的振动标识范围,使各谱带的转动分析得以顺利进行,并获得了新的Cl2+分子常数.

N_2^+分子离子的B^2Σ_u^+、A^2Π_u和X^2Σ_g^+电子态光谱研究

采用光外差 磁旋转 速度调制吸收光谱技术 ,在可见光波段范围 16 80 0～ 175 73cm-1,对N2 + 的A2 Πu-X2 Σ+ g(12 ,6 )、(11,5 )、(7,2 )带和B2 Σ+ u -X2 Σ+ g(1,5 )带进行了测量和分析 ,推导了双原子分子振转能级在受到微扰作用时的有效哈密顿量形式 ,并分析了N2 + 的A2 Πu-B2 Σ+ u 之间存在的微扰相互作用 ,通过与实验数据的拟合得到了精确的电子态微扰常数 ξe、ηe.

PuN^(n+)分子离子的势能函数与稳定性

用密度泛函B3LYP方法对PuNn +(n =1,2 ,3)分子离子进行了理论研究 ,结果表明 :PuN+、PuN2 +分子离子能稳定存在 ,基态电子状态是X5Σ+(PuN+)和X4 Σ+(PuN2 +) ,并导出了相应的几何性质、力学性质和光谱数据。PuN3+( 5Σ、7Σ、9Σ)分子离子不能稳定存在。

ScH^+和ScH_2^+分子离子的结构与势能函数(英文)

本文利用相对论有效原子实势(RECP)和密度泛函(B3PW91)的方法对ScH+和ScH2+分子离子的结构进行了优化,得到了它们的平衡几何构型和谐振频率.采用最小二乘法拟合出ScH+分子离子的Murrell-Sorbie势能函数,在此基础上,推导出光谱数据和力常数,并通过多体展式理论导出ScH2+分子离子的势能函数,其等值势能面图准确地再现了ScH2+分子离子的结构特征和离解能,由此讨论了反映势能面的静态特征,并利用杂化轨道理论解释了ScH2+分子离子的结构.

氢分子离子和质子在碳膜中的能量损失测量

利用高分辨原子碰撞装置,直接测量氢分子离子和质子束流的人射能量、通过碳膜之后的透射能量分布和库仑爆作碎片的能谱。由此确定透射H_2^+及其库仑爆作碎片的能量损失△E_p和△E_M和H^+的能量损失△E_A。质于的能损率测量结果与前人推算结果一致。而H_2^+的质子碎片能损率为H^+的两倍以上.结果表明,在相同核子速度和靶厚度下,△E_r最小,△E_M为△E_A的2—3倍。