一、原子与双原子分子的碰撞反应（论文文献综述）
宫廷[1]（2021）在《超冷基态85Rb133Cs分子量子态的制备和微波相干操控》文中指出随着激光冷却原子技术的发展,超冷分子由于其独特的特性引起了广泛的关注。与原子相比,分子拥有更加丰富的振动和转动自由度。极性分子具有永久电偶极矩以及长程各向异性相互作用使得其可通过外场进行分子内态操控。这些特性使得超冷极性分子成为实现精密测量、量子计算以及量子模拟的良好载体。稳定分子态的制备是实现这些应用的前提。最低振动基态超冷极性分子由于其势阱深度较深,不会弛豫到更低的能态,分子性质较为稳定,且基态分子寿命较长,因此经常被作为研究对象。制备超冷基态分子的方法主要有以下几种,直接激光冷却、费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移以及光缔合。直接激光冷却分子需要形成闭循环跃迁其适应的分子种类较为受限。费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移的方法可实现基态分子转动能级的超精细分辨,因其直接构建了制备分子的通道,所以分子产率较高,被研究人员广泛使用。相比于费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移的方法,光缔合在实验上操作较为简单,且可以实现分子的连续制备,也是一种较受欢迎的制备分子的手段。其中短程光缔合制备的激发态分子可以直接自发辐射至基态,引起了研究人员的兴趣。相较于直接构建制备分子的通道,短程光缔合通过自发辐射机制制备得到的分子产率较低。研究人员尝试研究不同光缔合中间态的光缔合谱并计算该中间态与原子态和分子态的弗兰克康登因子来探索寻找制备基态分子产率较大的中间态。如果能找到一个可构建原子-分子相干转移通道的中间态,可以极大地提高基态分子的产率。在完成超冷基态分子的制备后,由于微波满足基态转动能级的跃迁频率,故经常被用来耦合最低振动基态分子的相邻转动态。微波操控基态分子内态在很多方面都有应用价值,比如:量子磁性、拓扑相位以及合成尺寸等。量子计算对分子能级的相干性有一定要求,为此有不少研究学者展开了超冷基态分子转动量子态的相干性探索。制备得到基态分子后,在微波场的作用下,可实现转动能级拉比振荡的测量,进而求得相干时间。类似的测量仅在由费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移的方法制备得到的超冷40K87Rb、23Na40K、87Rb133Cs和23Na87Rb分子以及由直接激光冷却制备得到的Ca F分子中完成。极性分子较大的电偶极矩为实现量子计算奠定了基础,电偶极矩的存在使得极性分子可以通过外电场实现偶极-偶极相互作用的调控。早在上世纪八十年代研究学者便展开了极性分子电偶极矩的理论研究和实验测量。其中通过费氏巴赫共振结合受激拉曼绝热转移制备得到的40K87Rb、87Rb133Cs、23Na87Rb分子以及通过光缔合制备得到的7Li133Cs分子的电偶极矩测量已完成。超冷85Rb133Cs基态分子的电偶极矩测量还并未实现。本文选择短程光缔合这种方法来制备超冷基态85Rb133Cs分子。基于以上研究背景展开了以下几个方面的研究。1.21Π1-23Π1-33Σ1+光谱以及33Σ1+特性研究具有单态-三态混合特性的中间态可以极大地提高分子产率。在这里,我们研究了21Π1-23Π1-33Σ1+的光缔合光谱。依照分子态标定方法,我们知道这三个态的角动量Ω均为1,其振动光谱中不应出现J=0这一组分,然而研究发现33Σ1+（v=3）存在J=0组分。基于此我们较为详尽地研究了33Σ1+（v=3）的特性,研究表明通过这一振动能级制备得到基态分子的产率较其他振动能级更高,转动常数也较邻近振动能级有突变,显示了33Σ1+（v=3）这一能级共振耦合的特性。实验中利用损耗光谱实现了基态分子转动分布的测量,并且对比分析研究了经由33Σ1+（v=3,J=1）制备得到基态分子的级联辐射机制,研究发现通过33Σ1+（v=3,J=1）制备的分子存在直接单步自发辐射至基态的通道,这有异于其他分子态的双光子级联辐射机制。这为进一步利用原子-分子相干转移技术实现超冷基态85Rb133Cs分子的大量制备奠定了基础。2.二能级微波相干谱以及相干时间的测量在实现超冷基态85Rb133Cs分子的制备后,通过微波耦合相邻转动态,我们实现了二能级X1Σ+（v=0,J=1）和X1Σ+（v=0,J=2）微波相干拉比振荡的测量。在使用考虑了纵向和横向衰减时间的密度矩阵后,分析了分子布居的演变,确定了相干时间,并且了解了平衡态的相关知识。3.三能级微波相干谱的测量以及光谱分析在二能级微波相干拉比振荡的研究基础上,构建阶梯型三能级结构,进行了三能级微波相干谱的测量。在π脉冲的作用下,我们将初始布居于X1Σ+（v=0,J=1）的分子全部转移至X1Σ+（v=0,J=2）,并测量了X1Σ+（v=0,J=2）和X1Σ+（v=0,J=3）的拉比振荡,得出了这两个能级的相干时间。同时,我们用较弱的探测微波场耦合X1Σ+（v=0,J=1）→X1Σ+（v=0,J=2）的跃迁,用较强的控制微波场耦合X1Σ+（v=0,J=2）→X1Σ+（v=0,J=3）的跃迁。固定控制微波场的频率来扫描探测微波场的频率得到了三能级微波相干谱。最后,我们用Akaike’s information criterion（AIC）的判据分析了相干谱的谱线线型,并且讨论了观察到的光谱分裂展宽以及频率中心的偏移现象。4.超冷基态85Rb133Cs分子电偶极矩的测量基于三能级微波相干谱的研究,我们测量了外电场作用下基态X1Σ+（v=0,J=1）的能级分裂,并且得到了超冷基态85Rb133Cs分子的电偶极矩。相较于同样利用光缔合制备得到的7Li133Cs分子,其采用损耗谱测量能级分裂,并且忽略了激发态的能级分裂。我们采用的微波相干谱有如下优势:在测量精度上微波相干谱要比损耗光谱高三个数量级以上;微波相干谱构建的lambda型的三能级结构可以有效地避免由于上能级的Stark分裂带来的影响。5.85Rb里德堡原子测量电场强度为得到超冷基态85Rb133Cs分子较为准确的电偶极矩,电场强度的测量和校准也非常关键。在这里,我们利用里德堡原子对外场的敏感性来校准施加在栅网电极板上的电场强度。较弱的探测光耦合5S1/2→5P3/2的跃迁,较强的耦合光耦合5P3/2→10D3/2的跃迁。固定探测光的频率,通过扫描耦合光的频率并监测探测光光强得到EIT光谱。对比分析不同电场强度下85Rb里德堡原子10D3/2态的能级分裂并计算了相应磁子能级的极化率,最终实现了电场强度的校准。
夏梦[2]（2021）在《氟化镁（MgF）的暗态消除及其光学囚禁的理论与实验研究》文中研究表明近年来,冷分子的实验制备和应用引起了人们巨大的研究兴趣。由于其丰富的内态结构、各向异性的长程相互作用和独特的化学性质等特性,在精密测量、冷化学和冷碰撞、量子信息和量子计算等方面有着重要的应用前景。目前获得冷分子的方法有斯塔克减速、塞曼减速、激光冷却、光缔合等。其中,激光冷却是一种非常重要的实验手段,可以直接产生超冷分子。在分子激光冷却实验中,一个重要问题是暗态的塞曼子能级的存在,使冷却循环终止。本文对氟化镁（MgF）分子激光冷却中的暗态消除进行了详细理论和实验研究。提出了采用红失谐的强激光驻波场对MgF分子束的减速的方案,使分子的速度达到磁光阱的捕获范围。提出了利用一对混合全息图产生交叉聚焦涡旋光阱的方法,不仅可以动态调整光阱的体积,还可以通过强度梯度冷却来进一步冷却分子。首先,对MgF分子的暗态消除的特性进行了详细的理论与实验研究。通过施加外部磁场,塞曼子能级的状态具有时间依赖性和非简并性,迫使分子暗态通过拉莫进动进入亮态。提出了分子同时受光场和磁场作用的多能级密度矩阵运动方程,得到了分子荧光信号强度与磁场的关系。研究结果表明,荧光信号随着磁场方向与分子量子化轴夹角,呈周期为π的关系。当夹角为π/3,平均拉莫进动频率在2π×14MHz～2π×28.3MHz的范围内时,荧光信号最强,分子暗态被完全消除,v00激光泵浦的分子束荧光信号比没有加外磁场时增强了2.1倍。同时实验结果和理论结果吻合一致。其次,提出了红失谐的强激光驻波场受激辐射力减速方案。驻波光场由两束完全相同的相向传播的激光构成,两束激光的频率、偏振和光强完全相同。施加静磁场消除暗态,提高减速的效率。模拟结果表明,当驻波光场的饱和参数400,失谐量-10Γ时,120 m/s的分子减速至13.6 m/s,减速效率为2.8%。相比于多普勒冷却,受激辐射力减速不仅不需要复杂的激光系统,而且不需要补偿多普勒频移。最后,提出了局域空心光阱和交叉聚焦涡旋光阱的产生方法。在实验上产生并研究了它们在自由空间的传播特性。局域空心光阱具有椭圆的囚禁体积,其径向尺寸与f/D成正比,而轴向尺寸与（f/D）2成正比,径向尺寸最小为39μm。交叉聚焦空心光阱具有圆形囚禁体积,最小的暗斑尺寸为16.3μm。该阱的暗斑尺寸与焦距、相位板的轨道角动量量子数成正比,与入射光束直径成反比。当量子数从16变化到1,光阱体积可以压缩约104倍,可以同时提高囚禁分子的密度和相空间密度。
刘清华[3]（2021）在《原子神经网络及环聚合物分子动力学方法在表面反应的应用初探》文中研究指明多相催化、腐蚀、材料制备等领域的微观核心步骤是分子与表面之间的化学反应过程。在多相催化中,深入的了解过渡金属表面上分子的吸附、扩散、解离、散射脱附过程,理解表面基元反应过程对于催化剂的设计和工业调控有很大的帮助。理论化学家在基于第一性原理计算,在原子分子尺度下对于复杂的化学反应进行研究,提供反应过程中的动力学信息与热力学信息,为实验科学家提供反应机理性的支持,共同拓宽表面基元反应的认识边界。随着现代计算机技术与算力的提升,理论化学家能够解决的问题也逐渐的从简单的气相小分子间的化学反应转移向界面处大体系的化学反应。对于大体系的化学反应,分子动力学模拟是研究化学反应过程中的动力学信息的重要方法。而在大体系的分子动力学的模拟中,使用经验力场的方式速度虽然快,但是精度不高。而精度高的基于第一性原理的分子动力学计算代价昂贵。近些年来,理论工作者通过构建基于第一性原理计算的势能面,在势能面上进行量子波包演化动力学或准经典轨迹动力学,模拟反应过程,研究其中的动力学信息。但是随着体系原子数目的增大,势能面的构建和精确的量子动力学计算也变得愈发困难。随着神经网络技术的发展,势能面的拟合方法也从半经验势能面的参数拟合发展到基于神经网络的拟合方法。与计算机行业不同的是,在化学反应体系中,由于体系中的原子、分子要满足平移、旋转、置换不变对称性,不能简单的用原子坐标进行拟合。Behler和Parrinello在2007年提出原子神经网络的概念,认为单个原子的能量是由其附近的环境影响的,单个原子附近环境与中心原子的相互作用为神经网络的输入层,通过神经网络拟合,最后整个体系的能量等于体系内所有原子能量的求和。该方法对于通过使用原子中心的对称函数作为神经网络的描述符,使得拟合难度对系统的维数具有良好的可缩放性,并且保证了势能面关于分子的平移、旋转、置换不变对称性,这种方法已被广泛应用于非常复杂的体系,凝聚相系统。在本篇工作中,我们首先从第一性原理计算得到的数据点出发,采用原子神经网络（Atomic Neural Network,AtNN）方法,构建了 HCl 在 Au（111）表面的 60 维势能面,用于研究HCl分子在金属表面的散射过程和解离过程。基于原子神经网络势能面（Atomic Neural Network Potential Energy Surface,AtNN PES）,我们首先展示了分子在不同位点解离过程的刚性表面势能面的形貌,以及解离的最低反应能垒,同时也研究了 DCl在Au（111）表面上的解离几率、HCl在Au（111）表面的解离黏附概率、以及HCl非弹性散射的能量转移等。我们重现了基于密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）的第一性原理计算方法描述表面原子运动对能垒影响的结果,并且通过对比从头算分子动力学（Ab Initio Molecular Dynamics,AIMD）方法与基于原子神经网络势能面的准经典轨迹方法计算得到的DCl在Au（111）刚性表面的解离几率,证明我们的势能面能够在第一性原理计算的精度下对体系的能量给出精确地预测。不仅如此,我们研究了 HCl态态非弹性散射过程中的能量损失,由于表面是弛豫的,相比之前刚性势能面来说,我们能够考虑能量损失至表面的通道,我们还通过局域电子密度摩擦近似,考虑了能量损失到表面金属的电子空穴对激发的通道,发现散射过程中只有极少数能量损失到电子空穴对的激发通道上,大量的能量损失到了表面的晶格振动。尽管如此,与实验相比,我们还是低估了到表面晶格振动的能量损失。除此之外,我们研究了 HCl在Au（111）表面的解离过程时,结果表明,由刚性势能面得到的QCT的计算结果与前人的结果相似,并没有缩小实验测量结果与理论结果之间的差异。在HCl在Au（111）体系中,我们同样发现了零点能泄露的现象。这也推动着我们进一步改善在大体系下进行精确分子动力学模拟的方法。对于精确的分子动力学计算,传统的准经典轨迹（Quasi Classical Trajectory,QCT）方法由于在反应过程中的零点能泄露,即零点振动能传递到其他的维度,影响对体系的动力学性质的观测,例如模式特异性、分子的解离黏附几率和散射产物的能量损失等。环聚合物分子动力学能够在平衡态统计中严格逼近量子统计平均值,并且也成功的应用于包含量子零点能效应和隧穿效应的速率常数计算中。因此我们将环聚合物分子动力学（Ring Polymer Molecular Dynamics,RPMD）率先应用于分子与金属表面碰撞发生反应的过程中,在H2+Cu（111）体系和D2O+Ni（111）反应体系上进行了测试,发现在正则系综下能够很好描述H2和D2O分子的零点振动能（0.27和0.41 eV）,在微正则系综下研究了分子在金属表面的解离黏附几率随入射平动能Ei的关系。发现在H2+Cu（111）体系中,在入射平动能较低的区域（Ei<0.55 eV）中,QCT由于无法描述H2分子的隧穿效应,严重低估H2分子的解离几率。而RPMD的结果与300K下的量子动力学（Quantum Dynamics,QD）的结果吻合的很好。在D2O+Ni（111）体系中,QCT由于大量的零点能泄露,严重高估了 D2O分子的解离黏附几率。而我们使用两种近似方法得到的量子动力学在300 K的结果与RPMD的结果很接近。RPMD在两个体系的表现,可以说明RPMD方法很有潜力,能够描述分子的零点能效应和隧穿效应,为精确的高维量子动力学模拟提供了一种可能。
卜文浩[4]（2021）在《BaF分子的激光冷却研究》文中研究表明冷分子系统在超冷化学反应、量子信息与计算、精密测量等研究领域有着广阔的应用前景。激光冷却分子是在最近十几年间才被提出的一种崭新的获得冷分子的方法,这一方法针对一类有着高度对角化FCF（弗兰克-康登因子）的双原子分子建立起了激光冷却所必须的闭合的跃迁循环,使得激光冷却这些分子成为可能。目前已经有三种分子SrF,CaF和YO实现了 3D-MOT（三维磁光阱）,并有望在此基础上进一步制备出达到量子简并程度的、有大量分子数的分子气样本。在这些成果的激励下,我们小组开展了一种全新的分子——BaF分子的激光冷却实验。BaF分子有着高度对角化的FCF、上能级寿命为56ns等对激光冷却友好的性质,而且它的冷却用波长在850nm附近,实验上可以使用价格便宜实用的半导体激光器作为激光源。本论文将主要介绍我们对BaF分子激光冷却的研究。我们首先通过详细的理论计算指出,BaF分子的FCF是高度对角化的,利用跃迁选择定则,并结合边带调制技术,只需要3束激光——860nm,896nm,898nm——就可以建立BaF分子的闭合跃迁循环,从而可以实现激光冷却。然后我们详细介绍了依据这一理论搭建的实验系统,主要包括:我们自制了3套ECDL和TA获得了约1.5W左右的高功率激光;我们设计传输腔锁频系统同时实现了 3束激光的线宽在MHz量级的锁定;我们设计并搭建了低温-真空系统实现速度为200m/s、温度为4K的BaF冷分子束的生成,探测到了分辨了 BaF分子精细分裂的光谱。在实验介绍的最后描述了我们利用理论提出的激光冷却方案和实验搭建的系统成功实现了激光对BaF冷分子束的偏转作用,结果表明目前为止我们可以实现BaF分子最大约600个光子的散射,为跃迁循环是闭合的提供了初步的证据。而在论文的最后,我们提出了未来的研究面临的问题并给出了拟解决方案。总而言之,本论文包含的研究工作探索了 BaF分子的激光冷却的可行性,并初步证实了 BaF分子可以被激光冷却,为之后进一步实现BaF分子的3D-MOT的相关研究打开了大门。
周博一[5]（2020）在《三原子体系的低能碰撞动力学理论研究》文中指出分子碰撞动力学是一门从微观层面研究原子与分子碰撞散射的学科。理论研究分子碰撞动力学的主要方法是利用计算机模拟原子与分子碰撞过程,通过计算得到的动力学结果来揭示粒子散射的内在机理。三原子体系是研究分子碰撞过程的基准体系,其非弹性散射过程以及反应性散射过程在天体物理、低温化学等领域有重要应用,然而三原子体系的研究也面临着低温研究不够深入、缺少体系势能面以及对振转激发的分子反应研究不足等问题。为了解决上述问题,本论文在低碰撞能下对三种三原子体系的分子碰撞动力学进行了理论研究,首先是在一个全新的势能面上研究了 H2及其同位素分子与He原子碰撞的动力学特征;然后构建了高精度He-TiO势能面并研究了 TiO分子与He原子的散射过程;最后基于经典的CCI势能面深入研究了 H+HD体系的反应动力学。具体工作包括以下三部分:（1）基于He-H2体系最新的BSP高精度势能面,利用非含时量子方法,研究了转动激发的H2及其同位素分子与He碰撞的转动淬灭动力学,得到了10-5 cm-1到1 04 cm-1碰撞能范围内的积分散射截面和10-4K到3000 K温度范围内的速率常数等动力学信息。结果表明,在低碰撞能区域,散射截面遵循魏格纳阈值定理,速率常数在低温下几乎为定值。在高碰撞能区域,散射截面表现出经典的能量传递特性,速率常数随着温度的升高而增加。BSP势能面上的范德瓦尔斯势阱引发了散射共振,与前人在MR势能面上计算的结果相比,由于BSP势能面势阱更深,散射共振更加显着。同位素效应在低碰撞能区域非常明显,随着折合质量增大,散射共振峰向低能区移动而且散射共振的振幅越来越大。（2）基于高精度能量点,采用神经网络方法构建了一个高精度He-TiO势能面,并进一步详细研究了 He原子与TiO分子的散射动力学。在从头算计算中,以ECP10MDF以及补充原子自然轨道基组为Ti原子基组,aug-cc-pVQZ为O原子基组,cc-pVQZ为He原子基组。所有能量点的计算都采用了多参考组态相互作用方法,同时使用戴维逊修正对高阶相关的影响进行了补偿。基于此势能面,利用非含时量子方法对He原子与转动激发的TiO分子的转动淬灭过程进行了研究,得到了碰撞能为10-5 cm-1到104 cm-1的淬灭散射截面和温度为10-4 K到3000 K的速率常数。研究证明在低碰撞能区域魏格纳阈值定理是有效的,而且势能面上的浅势阱会引发微弱的散射共振。同位素效应的研究显示,在TiO分子主要的淬灭过程j=1→0中,4He气体是比3He气体更为有效的冷却剂。（3）基于H3体系精确的CCI势能面,利用非含时量子方法,研究了 H原子与处于第一振动激发态的HD分子反应性散射的振动淬灭过程,得到了 HD（v=1,j=0）+H→D+H2（v’=0,j’）反应在碰撞能为1 cm-1到10000 cm-1的态-态积分反应截面。当碰撞能低于反应势垒时,在85 cm-1附近首次观测到了 Feshbach共振。Feshbach共振来源于HD分子的初始振转态v=1,j=0与准束缚态v=1,j=1的耦合,而且共振由单一分波L=1所主导。CCI与BKMP2势能面计算的结果均表明该共振态的寿命非常长。同时结合本工作中得到的动力学数据,给出了实验观测此处Feshbach共振的建议。最后,对HD（v=1,j>0）+H反应进行了振转淬灭的动力学研究,发现在碰撞能大于反应势垒的区域,反应截面与反应初末态的能级差成反比。在上述三个三原子体系的理论研究中,通过非含时量子方法得到了低能碰撞中非弹性散射和反应性散射的动力学结果,并对体系中分子的振转淬灭进行了分析和讨论。在此过程中,掌握了三原子体系低能碰撞的一般规律,解释了低温散射的动力学行为,而且发现了反应过程中振转淬灭的分子所展示出的量子现象。通过本论文的相关研究工作,加深了人们对于三原子体系低能碰撞动力学的理解。
刘亚雄[6]（2020）在《基于23Na40K的超冷Feshbach分子反应的普适性研究》文中研究表明复杂系统中的普适性是物理学研究的重要问题。伴随着超冷原子研究的进展,人们验证发现了一系列极低温下少体系统的普适性,特别是Efimov效应。本文基于23Na40K超冷原子体系,主要研究了 Feshbach共振附近的弱束缚态分子的原子交换反应,并观测到了可能存在的普适性。我们介绍了一套全新的23Na40K超冷极化分子装置的原理和搭建,使用了改进的控制系统与自行开发的图像采集处理软件,其具有界面友好易于拓展的优点。基于此平台我们可以实现双原子简并气以及合成Feshbach分子。利用重叠的Feshbach共振,操纵弱束缚态分子态到态的能量差,我们测定了原子交换反应速率常数随反应能量变化的曲线,在反应中性点附近观察到了阈值现象。在两个不同的共振重叠处测定的反应速率常数随磁场的变化可以由普适模型的同一个三体参数确定,说明了普适性可能存在。为了定量分析反应的普适性,我们尝试基于超球坐标计算弱束缚态分子的三体问题。在其中的一系列数值困难中,我们研究了大超径下超角项的弱束缚态的求解,通过引入简化的T样条和启发式的网格划分方法,可以得到超角项精确的本征值和波函数。我们的方法为弱束缚态的原子交换反应计算提供了新的思路。我们进一步的实验内容是研究基态分子。为此我们计算了利用受激拉曼绝热通道制备分子基态的过程中,Feshbach分子与激发态分子的耦合强度。利用Feshbach分子的性质我们提出了简化计算与激发态波函数重叠的方法。借助计算结果,在实验上我们可以快速确定合适的Feshbach分子态和激发态,通过受激拉曼绝热通道成功制备了所需的基态超精细能级。
李路路[7]（2020）在《XH2O-体系反应动力学的理论研究及多通道探测的交叉分子束装置研制》文中进行了进一步梳理分子反应动力学是从原子、分子层次上研究化学反应微观原理的一门前沿学科。在波恩-奥本海默近似的理论框架下,我们可以利用大量分子构型的电子结构计算来构建化学反应的势能面,然后在势能面上进行经典或量子的动力学计算,获得化学反应的动力学信息,如积分反应截面、微分反应截面、反应共振和振转光谱等。实验上,以交叉分子束为代表的实验技术使得我们可以精确地测量一个设计好的化学反应,获得其散射角分布、产物平动能分布等实验信息。本论文的工作主要分两部分,涉及理论反应动力学与实验反应动力学。在理论反应动力学部分,本论文构建了如下几个负离子体系的高精度神经网络势能面:F（H2O）-、OH3-、F（H2O）-ICH3,并基于神经网络势能面对体系中重要的动力学问题展开研究。精确的势能面是化学动力学理论研究的前提,本论文中使用的基本不变量-神经网络（FI-NN）以最小数量的多项式集合来描述具有交换对称性的分子结构,使用神经网络来拟合大批量电子结构数据,是当前构建势能面的最优选择。由于负离子与中性过渡态结构的相似性,负离子光电子能谱能够过渡态区域的势能面进行直接探测。对于F（H2O）-体系,我们基于CCSD（T）方法构建了负离子高精度势能面,使用含时量子波包法模拟了该体系的负离子光电子能谱,验证了该体系之前的实验和理论工作。研究了光脱附中存在的Feshbach共振态,并结合F+H2O中性散射动力学计算,证明了负离子光脱附与中性散射中共振机理的一致性。此外,我们还发现了同位素取代使光电子能谱峰位移动的规律,证明了 FHOH-中OH键在光脱附过程中的旁观者角色。OH3-是典型的四原子负离子-分子反应,本论文中我们构建了 OH3-体系的全维势能面,该势能面具有极高的精度,拟合误差0.52 meV,覆盖到了反应物OH-+H2与H-+H2O达到30A的长程作用区。基于此势能面,我们使用准经典轨线方法研究了质子转移反应OH-+D2→HOD+D-,获得的产物角分布、能量分布与先前的实验测量符合较好。进一步的理论分析表明,该反应存在两种反应机理:直接反应与络合物机理,从反应时间上可以将两种机理区分开,且随着碰撞能降低络合物机理会增强。此外,还发现两种机理会导致不同的产物角分布与能量分布。络合物机理的存在说明了无势垒、多势阱的势能面形状对反应具有重要的影响。以气相中X-+CH3Y→CH3X+Y-为代表的双分子亲核取代反应（SN2）在过去几十年已经得到了广泛的研究,微溶剂化方法是将气相研究经验推广到液相反应的有效方式。本论文基于高精度双杂化泛函XYGJ-OS构建了微溶剂化体系F（H2O）-+ICH3的全维势能面。使用空间分块和能量拆分的拟合技巧,有效提高了势能面的精确度。基于该势能面对该溶剂化反应开展准经典动力学研究,指出了溶剂分子对反应性抑制作用的动力学原因。此外,还计算了 0.3 eV、1.5 eV碰撞能下,反应各个重要通道的分支比情况,指出了游离态产物占优势的动力学原因,发现了长寿命络合物的结构信息。新型实验仪器的研制一直是化学动力学研究的重要驱动力。本论文最后一章中介绍了我们搭建的一套装备了15通道氢原子里德堡飞行时间谱的交叉分子束装置的基本情况,该装置可以实现的最小交叉角为15度,有能力完成一些基元反应的冷化学研究。我们使用CH4的光解实验和F+H2的交叉分子束实验完成了仪器的初期测试,并用CH4在121.6nm下的光解H碎片角分布来对多通道探测器进行标定。此外,我们还将该装置用于对甲烷催化转化过程中H自由基中间体的探测,首次在实验上直接探测到了H自由基,有助于揭示甲烷催化转化的机理信息。
岳大光[8]（2020）在《几个含碳/硫小分子体系碰撞反应的动力学性质研究》文中研究指明分子反应动力学是当代科学研究中一个重要的研究领域,是一门研究化学反应中基元反应过程的学科,准经典轨线（QCT）方法和量子力学（QM）方法是研究该课题目前最常用的研究方法。本文第一个工作是基于HCS体系激发态A2A〃势能面,利用QCT方法研究了C+SH（D/T）→H（D/T）+CS反应的同位素效应,同时包括对反应的标量和矢量性质的研究。对于该反应,在其反应最小能量路径上有一个势阱,且是放能反应,积分反应截面（ICS）和反应几率都随碰撞能的增加而减小。分析C+SH→H+CS反应的微分截面（DCS）分布可发现,在较高碰撞能下该反应出现明显后向散射特点,然而在反应物中的H被D或T替代后,反应却具有前向散射的特点。对于上述三个反应,P（θr）分布是对称的,但是当反应物质量变大时,产物的分子取向变弱;对于P（φr）分布,产物分子的取向和定向的同位素取代效应表现更显着。基于相同势能面,我们还研究了 C+SH（v=0-20,j=0）→H+CS/S+CH反应的振动激发效应。通过计算所获得的反应几率、ICS和碰撞参数说明振动激发对不同的反应通道呈现不同的特点,其中生成CS分子的通道是个放能反应,且在反应中占主导,具有总能量抑制反应的特点;而生成CH分子的通道是个吸能反应,两通道之间表现出了明显的竞争机制。本部分工作还研究了反应物的不同振动量子数下所得到的产物的振动态分辨的ICS、DCS以及两角之间的分布函数P（θr）、P（φr）。这些结果表明:（1）产物分子有明显的前后向散射特点;（2）对于不同的反应通道,P（θr）分布随反应物振动量子数改变而变;（3）当反应物分子处于高振动激发态,插入机制变得明显,因此产物分子更多的沿着散射平面的正方向定向。其次,采用QCT方法,基于H2S+（X2A〃）势能面,研究了S+（2D）+H2（X1（?））（v,j）碰撞反应的态-态动力学性质。通过分析计算获得的总ICS和反应速率常数,表明该反应具有明显的振动激发效应。基于不同的反应物振动量子数,对该反应做了进一步的态-态分辨的ICS和反应速率常数的研究,计算结果表明:（1）在反应中更容易生成较高转动态的产物;（2）在反应物振动激发增强时,产物的非定域性明显增强。最后,基于精确的CH2（（?）A"）体系的势能面,我们分别采用QCT方法和切比雪夫量子波包方法计算了 H+CH反应在J=0时的反应几率,发现两种方法得到的计算结果很接近,从而证明了 QCT方法对该反应?究的有效性。因此在后面工作中,我们仅采用QCT方法计算得到了H（2S）+CH（X2Π）→C（3P）+H2（（?））/CH（X2Π）+H（2S）反应不同转动态下的反应几率、ICS和速率常数,并发现本工作计算得到的速率常数与其它理论结果在高温度范围符合很好,但在室温下却高于实验结果7-10倍,所以给出了重新进行室温下实验测量的建议。随后运用切比雪夫量子波包方法,仍基于CH2（（?）A"）体系的势能面,对C（3P）+H2（X1（?））（v=0,j=0）→H2（S）+CH2(Π反应在1.0-2.0 eV的碰撞能量范围内进行了动力学计算,通过对体系总角动量量子数J=60以下的所有分波进行计算,从而得到ICS、反应几率和速率常数等物理量。计算中用到了耦合态近似方法和考虑科里奥利耦合效应的精确量子方法,通过对比发现考虑科里奥利耦合效应的结果与耦合态近似的结果差别较大,因此在研究该反应的动力学性质时,不能忽略科里奥利耦合效应。
杨东铮[9]（2020）在《量子传能动力学中改进的态耦合方法及其应用》文中提出分子间非弹性碰撞传能过程在大气化学、星际化学、超冷化学、燃烧化学等领域都受到了广泛关注。特别是在氟化氢化学激光器中,氟化氢分子作为工作介质扮演了重要的角色,它与其他分子间振动驰豫速率常数是发展化学激光器的关键。在实验上要精确测量相关的态-态动力学性质仍较困难,因而高精度的理论预测十分重要。要计算诸多给定初态的态-态速率常数,采用目前广泛使用的含时量子波包法并不适宜。采用严格的非含时动力学方法处理高总角动量时计算成本十分巨大,而传统的态耦合近似（CSA）由于舍弃了全部的科里奥利耦合项,其计算误差较大。本文发展了一套包含最邻近科里奥利耦合的态耦合近似方法（CSA-NNCC）,并验证该方法同时具有计算量小和精度高的优点。然后利用该方法,研究了Ar–HF、H2–HF和HF–HF三个体系的态-态传能动力学性质,并给出深刻的物理洞见。本论文发展的计算方法可以为理论工作者提供新的思路和平台,所得传能动力学数据可以为化学激光器的发展提供有益的帮助。本论文的主要研究成果分述如下:一、由于非含时动力学方法涉及矩阵运算和储存,使得四原子体系的非含时动力学的计算难以实现。采用CSA方法,忽略全部科里奥利耦合,则每一个总角动量的分量独立求解。但是该方法在某些情况下会造成较大的误差。为了提高计算精度,我们提出了一种新的近似方法,即CSA-NNCC。该方法在处理每个子矩阵时,仅包含与其最邻近的非零的耦合项,而忽略掉更远的耦合项。这样的计算方法与CSA在计算量上为同一尺度,但因为考虑了非零的耦合项而可以大大减小了计算误差。使用H2–H2散射体系作为算例,本文以严格的非含时动力学计算所得态-态传能几率为参考,分别计算了用CSA和CSA-NNCC计算所得态-态传能几率的均方误差。结果显示,CSA-NNCC的均方误差系统地显着低于CSA,并在初态内角动量较大时尤为明显。该算例结果表明了CSA-NNCC同时具有计算量小和精度高的双重优点。二、氩气是氟化氢激光器中的缓冲气体,Ar–HF体系的振动弛豫动力学特性因此受到了广泛关注。我们采用非含时动力学方法研究了Ar–HF体系转动弛豫和振转弛豫积分截面和速率常数。转动传能（0,0）→（0,j）与（1,2）→（1,j）的积分截面计算结果与实验值吻合较好。计算了振动弛豫（v=1）→（v=0）在200至1500 K的速率常数,本文结果与实验值吻合十分良好,并明显优于前人的计算结果。三、H2–HF体系的振动弛豫在氟化氢化学激光器中充当了重要角色。我们采用CSA-NNCC方法研究了H2–HF体系的纯转动传能和振动传能的积分截面与速率常数。计算所得纯转动弛豫速率常数与前人采用刚性转子近似的理论结果稍有出入。振动态分辨（1;0）→（0;1）的速率常数在100至1500 K温度范围内先减小后增大,且与大多数实验值吻合良好。对于HF初态为高振动激发态的振动-振动传能速率常数,采用振动态基函数截断的方法计算所得振动态分辨（0;3）→（1;2）、（1;3）→（0;4）和（1;3）→（2;2）传能速率常数与实验值相符良好。四、由于氟化氢为工作介质,其振动自弛豫速率常数是发展化学激光器的最重要参数。针对含有两个非氢气“重分子”的传能体系的全维动力学计算具有较大的挑战性。我们采用CSA-NNCC方法,首次实现了HF–HF振动弛豫过程的动力学研究。通常认为,分子间非弹性碰撞可以由简单的硬球碰撞模型来描述,碰撞传能过程基本遵循内能守恒定则。即,对于给定的初态,能量更倾向于传到与初态的内能相近的末态。但对HF–HF的态-态量子动力学计算表明,对于给定的初态,传能末态并不是由几个特定的量子态所主导,而分布在较宽的能量区间中的末态均具有较大的传能积分截面。进一步的分析表明,由于HF–HF体系具有较深的势阱深且碰撞中间络合物（HF）2寿命较长,所以硬球模型不能很好地描述其动力学过程,使得该体系不再遵守内能守恒的一般传能规律。
胡晓青[10]（2020）在《复杂原子分子碰撞碎裂动力学研究》文中研究说明在过去的几十年中,原子分子的碰撞碎裂动力学吸引了大量理论和实验科学家的关注,许多开创性的成果被发表。然而这些工作主要局限于简单原子体系（如氢、氦、碱金属原子等）和简单分子体系（氢气、氧气、氮气、一氧化碳等）,对于复杂的多电子原子和包含三个以及三个以上原子的分子体系,由于多体系统薛定谔方程无法精确求解,目前还缺乏可靠的理论来预测碰撞碎裂反应的截面信息以及解释碎裂过程物理机制。为此,我们需要发展新的理论方法和计算程序来解决这些问题。首先,针对复杂原子的电子碰撞电离碎裂过程,我们提出了一套处理碰撞后两个自由电子和一个离子之间三体关联作用的解决方案。我们将一阶扭曲波玻恩近似理论推广到了高阶,并着重考虑了出射过程中两个电子之间的关联作用（post-collision interaction）以及电子和原子/离子之间的极化作用。应用发展扭曲波方法,我们计算了入射电子能量分别为599.6 eV和200 eV时氖原子和氩原子的电子碰撞电离反应截面。相比之前的一阶扭曲波以及其他非微扰理论计算,我们的结果在截面形状和大小上都与实验结果符合得更好。我们的研究表明,基于量子微扰理论的高阶扭曲波方法也能给出高精度的电子碰撞电离绝对散射截面,特别是对一些复杂的多电子原子系统,该方法可以比基于密耦合（Close-coupling）展开的非微扰方法更精确、更高效。另外,我们还应用发展的方法研究了强场中原子的非次序双电离过程,理论结果比较精确地预测和解释了实验中观察到的微分截面极值的大小和结构,并验证了激光场中原子非次序双电离反应中包含的电子关联特性。由于该方法在计算精度和计算效率上具有很大优势,将来可以为国家战略武器和惯性约束聚变等领域研究开展大规模碰撞参数研制。其次,我们针对分子库仑爆炸和超快解离这样一个原子分子物理热点问题发展理论模型和计算程序,系统研究了 H2Ar3+、N2Ar3+和ArCO3+的库伦爆炸过程并讨论了库伦爆炸成像技术的适用性。当分子被重离子、电子或激光电离掉多个电子以后,分子离子将变得不稳定并可能发生库伦势主导的直接碎裂反应,即库伦爆炸。实验上通过库伦爆炸产生的多个碎片动量的符合测量,可以反推得到中性分子的初始结构,这种方法被称为库伦爆炸成像方法。我们应用发展的半经典/量子分子动力学方法研究并验证了库伦爆炸成像技术的有效性,模拟H2Ar3+、N2Ar3+和ArCO3+离子的三体库伦爆炸反应并得到了末态三个离子的动量关联信息。研究结果表明,对于H2Ar、N2Ar这样的对称电荷分布系统,库伦爆炸后三个碎片的动量关联信息确实可以反映初始时刻的中性分子结构。然而对于ArCO这样的非对称电荷分布系统,由于CO2+离子在Ar+的影响下会发生超快转动,在约100飞秒的时间内ArCO离子会从T型结构变为线型结构,这种超快转动机制导致ArCO3+在发生库伦爆炸前结构已经发生了明显的变化。因此,根据库伦爆炸成像技术得到的将不再是中性ArCO结构,而是发生转动后的ArCO3+结构。最后,我们理论结合实验研究了团簇二聚体单边双电离态的碎裂过程及该过程中能量和离子的转移机制。当电子、激光或者重离子与团簇发生作用时,可以产生单边双电离的团簇离子A2+·B,这些团簇离子的碎裂动力学是目前研究的热点。我们首先模拟了 He ·He2+的辐射电荷转移过程,通过考虑它的振动态分布以及不同态之间的偶极跃迁,我们得到了 He·He2+辐射电荷转移过程的动能释放谱,模拟结果与实验测量一致。我们也研究了 N2·Ar2+的解离过程,结果表明N2和Ar2+之间会发生快速的直接电荷转移反应并产生激发态的N2+离子,同时辐射电荷转移反应被抑制。此外,我们理论预言并在实验上发现了 N2Ar2+内部的重离子的转移过程,即N22+·Ar→N++NAr+。在该反应中,属于N2分子的N+被远距离的Ar原子俘获而发生转移,这种现象此前在理论和实验上从未被发现过,该工作对理解生物系统中重离子辐射损伤机制具有重要意义。本论文的组织结构如下:第一章介绍本论文选题意义和相关工作的研究现状。第二章介绍了我们发展的复杂原子（e,2e）反应理论方法及相关研究结果。第三章我们开展了分子离子库伦爆炸理论研究并检验了库伦爆炸成像技术在分子二聚体中应用的可靠性。第四章介绍了单边双电离的分子二聚体碎裂过程中的能量、电荷、质子以及重离子的转移过程研究。最后一章是对所有研究工作的总结和展望。
二、原子与双原子分子的碰撞反应（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、原子与双原子分子的碰撞反应（论文提纲范文）
（1）超冷基态85Rb133Cs分子量子态的制备和微波相干操控（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 超冷基态极性分子的研究背景 |
| 1.2 超冷基态极性分子的制备方法 |
| 1.3 最低振动基态超冷RbCs分子 |
| 1.3.1 超冷基态RbCs分子的特性 |
| 1.3.2 超冷基态RbCs分子的研究进展 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 参考文献 |
| 第二章 超冷基态RbCs分子的基本理论和实验装置 |
| 2.1 双原子分子能级 |
| 2.2 洪特定则 |
| 2.3 实验装置 |
| 2.3.1 真空系统 |
| 2.3.2 光学系统 |
| 2.3.3 探测与时序控制系统 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 最低振动基态超冷~(85)Rb~(133)Cs分子的光学制备 |
| 3.1 实验背景 |
| 3.2 2~1Π_1-2~3Π_1-3~3Σ~+_1中间激发态光谱的研究 |
| 3.2.1 2~1Π_1-2~3Π_1-3~3Σ~+_1中间激发态光谱的研究 |
| 3.2.2 3~3Σ~+_1共振耦合特性的研究 |
| 3.2.3 3~3Σ~+_1级联辐射的研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 最低振动基态超冷~(85)Rb~(133)Cs分子的微波相干操控 |
| 4.1 实验背景 |
| 4.2 实验装置 |
| 4.3 最低振动基态超冷~(85)Rb~(133)Cs分子二能级的微波相干操控 |
| 4.3.1 相邻转动态之间Rabi振荡的测量 |
| 4.3.2 Rabi振荡的理论分析 |
| 4.4 最低振动基态超冷~(85)Rb~(133)Cs分子三能级的微波相干操控 |
| 4.4.1 阶梯型三能级转动态微波相干谱的测量 |
| 4.4.2 微波相干谱的理论分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 最低振动基态超冷~(85)Rb~(133)Cs分子的电偶极矩测量 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 微波谱测量基态能级分裂 |
| 5.2.1 单微波光谱测量外电场导致的能级分裂 |
| 5.2.2 微波相干谱测量外电场导致的能级分裂 |
| 5.3 外电场场强的校准 |
| 5.3.1 超冷里德堡Rb原子EIT的实验装置 |
| 5.3.2 里德堡EIT外电场场强的校准 |
| 5.4 最低振动基态超冷~(85)Rb~(133)Cs分子电偶极矩的测量 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间完成的学术论文 |
| 博士期间参与的科研项目 |
| 致谢 |
| 个人简况及联系方式 |
（2）氟化镁（MgF）的暗态消除及其光学囚禁的理论与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 分子激光冷却的研究进展 |
| 1.3 分子磁囚禁、光学囚禁的研究进展 |
| 1.4 本文的研究工作 |
| 第二章 MgF分子的能级结构和哈密顿量表达式 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 电子态结构和振动态结构 |
| 2.3 转动态结构和超精细能级结构 |
| 2.4 弗兰克-康顿因子和寿命 |
| 2.5 MgF分子哈密顿量展开式 |
| 2.5.1 无外场情况下的哈密顿量 |
| 2.5.2 仅有磁场作用下的哈密顿量 |
| 2.5.3 仅有光场作用下的哈密顿量 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 MgF分子暗态消除的理论与实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 理论模型 |
| 3.2.1 密度矩阵的海森堡运动方程 |
| 3.2.2 MgF分子多能级系统 |
| 3.3 实验装置 |
| 3.3.1 Buffer gas分子束源 |
| 3.3.2 激光系统 |
| 3.3.3 磁场线圈 |
| 3.4 研究结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 驻波场中的MgF分子激光减速方案理论研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 驻波场中MgF分子受到的光压力 |
| 4.3 蒙特卡洛模拟 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 采用蓝失谐空心光阱囚禁MgF分子的实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 MgF分子的光学偶极力 |
| 5.3 局域空心光阱的产生和传播特性 |
| 5.4 交叉聚焦空心光阱的产生和传播特性 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文研究内容小结 |
| 6.2 本文创新之处 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录A 球面基矢和直角坐标 |
| 附录B 真空内准直孔连接CF35法兰固定结构工程图组 |
| 作者简历及科研成果 |
| 致谢 |
（3）原子神经网络及环聚合物分子动力学方法在表面反应的应用初探（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 概述 |
| 1.2 本文的主要工作内容 |
| 参考文献 |
| 第2章 理论基础 |
| 2.1 第一性原理计算的基本理论 |
| 2.1.1 Born-Oppenheimer近似 |
| 2.1.2 单电子近似 |
| 2.1.3 Slater行列式与Hartree-Fock方程 |
| 2.1.4 密度泛函理论 |
| 2.2 原子神经网网络方法 |
| 2.3 准经典动力学方法 |
| 2.3.1 多原子分子采样 |
| 2.3.2 双原子分子采样 |
| 2.3.3 表面原子采样 |
| 2.4 局域电子密度摩擦近似 |
| 2.5 基于路径积分的分子动力学方法 |
| 2.5.1 路径积分动力学与环聚合物分子动力学 |
| 2.5.2 RPMD计算速率常数 |
| 2.5.3 RPMD在表面-分子化学反应中的应用 |
| 参考文献 |
| 第3章 HCl在Au(111)表面解离反应研究 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 计算细节 |
| 3.2.1 电子结构计算 |
| 3.2.2 原子神经网络 |
| 3.2.3 训练数据集采样 |
| 3.3 动力学计算 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 势能面的收敛性 |
| 3.4.2 动力学结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第4章 RPMD在气体金属表面反应的应用 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 计算细节 |
| 4.2.1 势能面 |
| 4.2.2 准经典轨迹动力学 |
| 4.2.3 非平衡环聚合物分子动力学 |
| 4.2.4 量子动力学 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 总结与展望 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（4）BaF分子的激光冷却研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 冷分子研究价值 |
| 1.1.1 冷碰撞与超冷化学反应 |
| 1.1.2 冷分子与量子计算 |
| 1.1.3 eEDM、新物理与冷分子 |
| 1.2 冷分子获得方法 |
| 1.2.1 由激光冷却的冷原子合成冷分子 |
| 1.2.2 缓冲气体冷却 |
| 1.2.3 斯塔克减速和塞曼减速 |
| 1.2.4 连续分子束的低通速度滤波 |
| 1.3 直接用激光冷却分子 |
| 1.4 本论文的主要研究内容及安排 |
| 2 双原子分子的能级结构 |
| 2.1 玻恩奥本海默近似 |
| 2.2 振动能级和转动能级 |
| 2.2.1 振动能级 |
| 2.2.2 转动能级 |
| 2.2.3 Dunham记号 |
| 2.3 分子电子态标记及跃迁标记 |
| 2.4 洪德耦合方式 |
| 2.4.1 洪德耦合方式(a) |
| 2.4.2 洪德耦合方式(b) |
| 3 BaF分子的能级结构与激光冷却方案 |
| 3.1 电子能级 |
| 3.2 振动能级的闭合 |
| 3.3 转动能级和超精细能级的闭合 |
| 3.4 可能存在的暗态及解决办法 |
| 3.4.1 磁子能级暗态与解决方案 |
| 3.4.2 △态与微波耦合 |
| 3.5 超精细能级的跃迁分支比 |
| 3.6 磁场下的塞曼分裂 |
| 3.7 △态 |
| 3.8 本章小节 |
| 4 激光系统 |
| 4.1 简介 |
| 4.2 半导体激光二极管 |
| 4.3 外腔式半导体激光器 |
| 4.4 锥形放大器 |
| 4.5 电流控制 |
| 4.6 锁频 |
| 4.7 锁频结果 |
| 4.8 传输腔锁频存在的问题 |
| 4.8.1 PZT的非线性效应对锁频的影响 |
| 4.8.2 锁频的长期稳定性 |
| 5 低温-真空系统与BaF冷分子的产生 |
| 5.1 BaF激光冷却实验装置描述 |
| 5.2 单次消融的吸收信号 |
| 5.3 BaF分子与缓冲气体间的碰撞截面 |
| 5.4 高分辨光谱 |
| 5.5 转动态和振动态的冷却 |
| 5.6 BaF分子束的纵向速度测量 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 利用激光的散射力偏转BaF冷分子束 |
| 6.1 实验设计 |
| 6.2 结果分析 |
| 6.2.1 准闭合跃迁循环 |
| 6.2.2 辐射压力导致的偏转 |
| 6.3 理论模拟 |
| 6.4 本章小结与展望 |
| 7 对BaF分子的激光冷却与减速的探讨 |
| 7.1 未知的激发态超精细分裂与BaF分子的激光冷却 |
| 7.1.1 激发态的超精细分裂对多普勒冷却的影响 |
| 7.1.2 针对未知分裂设计的新的激光冷却方案 |
| 7.1.3 测量△的实验构想 |
| 7.2 BaF分子束的激光减速方案 |
| 7.3 本章小结 |
| 8 总结 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（5）三原子体系的低能碰撞动力学理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 分子碰撞理论简介 |
| 1.2 低能碰撞动力学简介 |
| 1.3 分子碰撞动力学理论方法 |
| 1.4 本论文的研究思路及内容 |
| 2 基本理论 |
| 2.1 势能面 |
| 2.2 三原子体系的非弹性散射 |
| 2.2.1 量子散射 |
| 2.2.2 耦合方程的构造 |
| 2.2.3 对数求导法 |
| 2.2.4 动力学结果 |
| 2.3 三原子体系的反应性散射 |
| 2.3.1 超球坐标法 |
| 2.3.2 耦合方程的构造与求解 |
| 2.3.3 动力学结果 |
| 3 氢分子及其同位素分子与氦原子的量子转动散射 |
| 3.1 He-H_2势能面简介 |
| 3.2 动力学研究 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 He-TiO体系势能面的构建及TiO与He碰撞的转动淬灭研究 |
| 4.1 He-TiO体系势能面的构建 |
| 4.2 动力学研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 振转激发的HD分子与H原子反应性散射的动力学研究 |
| 5.1 H-HD势能面简介 |
| 5.2 计算方法 |
| 5.3 动力学研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（6）基于23Na40K的超冷Feshbach分子反应的普适性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 物理中的普适性 |
| 1.2 超冷原子 |
| 1.3 超冷分子 |
| 1.4 超冷原子中的Efimov效应 |
| 1.5 文章结构 |
| 第2章 实验装置 |
| 2.1 实验室布局 |
| 2.2 真空系统 |
| 2.3 光学系统 |
| 2.4 磁场系统与水冷系统 |
| 2.5 安全保护系统 |
| 2.6 微波和射频系统 |
| 2.7 气浮平移台 |
| 第3章 控制与采集系统 |
| 3.1 通信网络 |
| 3.2 时序控制系统 |
| 3.3 图像采集系统 |
| 3.3.1 吸收成像与飞行时间测量 |
| 3.3.2 相机与图像采集软件 |
| 3.4 去条纹算法 |
| 3.4.1 增量式奇异值分解 |
| 第4章 Feshbach分子的合成 |
| 4.1 散射理论 |
| 4.1.1 分波法 |
| 4.1.2 低能散射 |
| 4.2 Feshbach共振 |
| 4.2.1 散射态 |
| 4.2.2 束缚态 |
| 4.3 原子预冷却 |
| 4.4 磁阱的蒸发冷却 |
| 4.5 光阱的蒸发冷却 |
| 4.6 Feshbach分子 |
| 第5章 可控超冷反应的阈值现象及普适性 |
| 5.1 重叠的Feshbach共振 |
| 5.2 放热反应 |
| 5.3 吸热与中性反应 |
| 5.3.1 反应物的制备 |
| 5.3.2 可逆反应 |
| 5.4 反应速率 |
| 5.5 普适性 |
| 第6章 超球坐标大超径的精确求解 |
| 6.1 三体坐标系 |
| 6.1.1 雅克比坐标 |
| 6.1.2 Delves超球坐标 |
| 6.1.3 绝热跟随主轴的超球坐标 |
| 6.2 分离变量 |
| 6.2.1 超角项 |
| 6.2.2 超径向 |
| 6.3 大超径下的数值计算问题 |
| 6.4 法捷耶夫方程 |
| 6.5 样条函数基矢 |
| 6.5.1 伯恩斯坦多项式 |
| 6.5.2 非均匀B样条 |
| 6.5.3 B样条张量与T样条 |
| 6.6 网格划分 |
| 6.6.1 双原子分子 |
| 6.6.2 超角的网格 |
| 6.7 数值方法细节 |
| 6.7.1 浮点数精度 |
| 6.7.2 基于B+树的矩阵组装 |
| 6.8 计算结果 |
| 6.8.1 Poschl-Teller势 |
| 6.8.2 ~4He_3体系 |
| 第7章 Feshbach分子与激发态的耦合 |
| 7.1 分子能级 |
| 7.1.1 洪德规则 |
| 7.2 散射模型 |
| 7.3 重整化Numerov方法 |
| 7.4 Feshbach分子态 |
| 7.5 激发态 |
| 7.6 基态超精细能级制备 |
| 第8章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（7）XH2O-体系反应动力学的理论研究及多通道探测的交叉分子束装置研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 分子反应动力学简介 |
| 1.2 分子反应动力学的理论研究方法 |
| 1.3 用散射方法研究基元化学反应 |
| 1.3.1 交叉分子束 |
| 1.3.2 量子散射理论 |
| 1.4 用负离子光电子能谱探测过渡态 |
| 1.4.1 负离子光电子谱技术 |
| 1.4.2 负离子光电子谱的理论处理 |
| 1.5 论文安排 |
| 第2章 动力学的基本理论与方法 |
| 2.1 势能面的构建方法 |
| 2.1.1 神经网络 |
| 2.1.2 构型选取方法 |
| 2.2 准经典轨线计算 |
| 2.2.1 基本原理 |
| 2.2.2 产物振动态分析 |
| 2.3 含时波包法 |
| 2.3.1 基本原理 |
| 2.3.2 初始态选择的动力学 |
| 第3章 FH_2O~-势能面的构建及光脱附研究 |
| 3.1 背景介绍 |
| 3.2 理论方法 |
| 3.2.1 势能面构建 |
| 3.2.2 光电子能谱的模拟方法 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 负离子束缚态计算 |
| 3.3.2 光脱附动力学 |
| 3.3.3 同位素效应对光电子能谱的影响 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 OH_3~-势能面的构建及OH~-+D_2反应机理研究 |
| 4.1 背景介绍 |
| 4.2 势能面构建 |
| 4.3 质子转移反应的准经典轨线研究 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 ICH_3FH_2O~-体系全维势能面的构建及亲核取代反应动力学研究 |
| 5.1 背景介绍 |
| 5.2 势能面构建 |
| 5.3 准经典轨线动力学研究 |
| 5.3.1 微溶剂化对亲核取代反应性的影响 |
| 5.3.2 亲核取代反应的散射动力学研究 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 多通道氢里德堡态标记时间飞行谱-交叉分子束装置的研制 |
| 6.1 基本的实验技术 |
| 6.1.1 分子束技术 |
| 6.1.2 氢原子里德堡标记飞行时间谱技术 |
| 6.1.3 离子成像技术 |
| 6.2 仪器搭建及初期测试 |
| 6.2.1 真空与束源系统 |
| 6.2.2 激光系统 |
| 6.2.3 探测与数据采集系统 |
| 6.3 仪器测试 |
| 6.4 多通道探测器的增益标定 |
| 6.5 HRTOF用于催化体系中的H自由基探测 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（8）几个含碳/硫小分子体系碰撞反应的动力学性质研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 分子反应动力学的研究现状 |
| 1.2.1 实验方面 |
| 1.2.2 理论方面 |
| 1.3 立体反应动力学 |
| 1.4 本文的研究思路和内容 |
| 第二章 分子散射理论和相关的理论方法 |
| 2.1 分子散射理论 |
| 2.2 理论方法 |
| 2.2.1 经典方法 |
| 2.2.2 准经典轨线方法 |
| 2.2.3 量子力学方法 |
| 第三章 基于HCS体系激发态(A~2A")势能面的同位素效应及振动激发效应的动力学研究 |
| 3.1 同位素取代对C+SH(D/T)→H(D/T)+CS反应的动力学性质影响 |
| 3.1.1 基本理论方法及HCS(A~2A"态)势能面 |
| 3.1.2 结果和讨论 |
| 3.1.3 小结 |
| 3.2 C+SH(v=0-20,j=0)→S+CH,H+CS反应的振动激发效应研究 |
| 3.2.1 HCS体系基态和激发态势能面及反应通道示意图 |
| 3.2.2 结果和讨论 |
| 3.2.3 小结 |
| 第四章 基于H_2S(X~2A")势能面的S+(~2D)+ H_2(X~1∑_g~+)(v,j)碰撞反应态-态动力学研究 |
| 4.1 基本理论 |
| 4.1.1 QCT方法 |
| 4.1.2 H_2S+(X~2A"态)体系势能面 |
| 4.2 结果和讨论 |
| 4.2.1 总的ICS和反应速率常数 |
| 4.2.2 振转激发的态分辨ICS和反应速率常数 |
| 4.3 小结 |
| 第五章 基于最新CH_2(X~3A")体系势能面对H(~2S)+CH(X~2Π)反应及其逆反应动力学研究 |
| 5.1 H+CH→C+H_2/H+CH反应的动力学研究 |
| 5.1.1 理论方法—从头算方法和外推方案 |
| 5.1.2 动力学计算结果与讨论 |
| 5.1.3 小结 |
| 5.2 基于最新CH_2((?)A")势能面的C(~3P)+H_2→CH+H反应量子波包动力学研究 |
| 5.2.1 理论 |
| 5.2.2 结果和讨论 |
| 5.2.3 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点摘要 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 致谢 |
（9）量子传能动力学中改进的态耦合方法及其应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 化学动力学 |
| 1.2 化学激光器中的分子间非弹性碰撞 |
| 1.3 分子间非弹性碰撞动力学研究现状 |
| 1.4 本文的主要工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 改进的态耦合方法 |
| 2.1 势能面简介 |
| 2.2 双原子本征问题 |
| 2.2.1 有限基组表象 |
| 2.2.2 离散变量表象 |
| 2.2.3 势能优化的离散变量表象 |
| 2.3 严格的非含时动力学方法 |
| 2.3.1 哈密顿量 |
| 2.3.2 空间固定坐标系计算框架 |
| 2.3.3 物体固定坐标系计算框架 |
| 2.3.4 矩阵的传播和散射矩阵提取 |
| 2.3.5 宇称和表象变换问题 |
| 2.3.6 积分截面和速率常数 |
| 2.3.7 其他计算细节和技巧 |
| 2.4 传统近似方法 |
| 2.4.1 角分量截断近似 |
| 2.4.2 无限阶突变近似 |
| 2.4.3 态耦合近似或离心突变近似 |
| 2.5 发展新的近似方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 Ar-HF传能动力学计算 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 计算细节 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 转动传能 |
| 3.3.2 振转传能 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 H2-HF传能动力学计算 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 计算细节 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 纯转动传能 |
| 4.3.2 振动基态HF振动传能 |
| 4.3.3 振动激发态HF振动传能 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 HF-HF传能动力学计算 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 计算细节 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 态-态速率常数 |
| 5.3.2 振动态分辨速率常数 |
| 5.3.3 违背能量间隙定理 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 总结与展望 |
| 博士期间发表论文、学术交流及获奖情况 |
| 致谢 |
（10）复杂原子分子碰撞碎裂动力学研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 复杂原子分子碰撞碎裂动力学研究现状 |
| 1.2.1 (e,2e)反应的研究现状 |
| 1.2.2 分子碎裂动力学研究现状 |
| 1.3 本章小结 |
| 第二章 复杂原子(e,2e)反应的理论研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 碰撞基本理论和DWBA理论 |
| 2.2.1 三重微分散射截面 |
| 2.2.2 标准DWBA理论 |
| 2.2.3 DWBA理论的数值计算 |
| 2.2.4 DWBA理论适用性分析 |
| 2.3 电子-电子关联(PCI)对(e,2e)反应绝对散射截面的影响 |
| 2.3.1 PCI作用的修正模型 |
| 2.3.2 PCI作用的精确处理 |
| 2.3.3 PCI作用对Ne原子中能(e,2e)反应绝对散射截面的影响 |
| 2.3.4 PCI作用对Ar原子中能(e,2e)反应绝对散射截面的影响 |
| 2.4 电子-核的极化作用对(e,2e)反应绝对散射截面的影响 |
| 2.4.1 精确的极化势模型 |
| 2.4.2 修正的极化势模型 |
| 2.4.3 电子-核的极化作用对Ar原子(e,2e)反应绝对散射截面的影响 |
| 2.5 强场中原子非次序双电离中的电子-电子-离子关联 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 库伦爆炸碎裂动力学理论研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模拟方法及结构计算方法 |
| 3.2.1 模拟流程图 |
| 3.2.2 耦合簇单双激发方法 |
| 3.3 稀有气体二聚体的库伦爆炸 |
| 3.4 H_2Ar~(3+)的三体库伦爆炸模拟 |
| 3.5 N_2Ar~(3+)的三体库伦爆炸模拟 |
| 3.5.1 N_2~(2+)的快速解离机制 |
| 3.5.2 N_2Ar势能面和振动波函数计算 |
| 3.6 ArCO~(3+)的三体库伦爆炸模拟 |
| 3.6.1 单体CO~(2+)的解离机制 |
| 3.6.2 团簇二聚体中CO~(2+)的解离机制 |
| 3.6.3 ArCO~(3+)的两体碎裂模拟 |
| 3.6.4 ArCO~(3+)的三体碎裂模拟 |
| 3.6.5 实验验证 |
| 3.6.6 普适性推广 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 分子二聚体单边双电离态的碎裂动力学研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 高激发单边双电离态计算方法 |
| 4.2.1 组态相互作用方法 |
| 4.2.2 组态空间的选择 |
| 4.2.3 计算结果验证 |
| 4.3 单边双电离态He~(2+)- He的RCT反应 |
| 4.4 单边双电离态Ar~(2+)- N_2的碎裂机制研究 |
| 4.5 N_2~(2+)- Ar碎裂过程中的重离子转移现象 |
| 4.5.1 N_2~(2+)- Ar碎裂过程的理论研究 |
| 4.5.2 N_2~(2+)- Ar碎裂过程的中重离子转移的实验验证 |
| 4.5.3 离子转移机制的普适性研究 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间完成的论文 |
四、原子与双原子分子的碰撞反应（论文参考文献）
- [1]超冷基态85Rb133Cs分子量子态的制备和微波相干操控[D]. 宫廷. 山西大学, 2021(01)
- [2]氟化镁（MgF）的暗态消除及其光学囚禁的理论与实验研究[D]. 夏梦. 华东师范大学, 2021(08)
- [3]原子神经网络及环聚合物分子动力学方法在表面反应的应用初探[D]. 刘清华. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [4]BaF分子的激光冷却研究[D]. 卜文浩. 浙江大学, 2021(01)
- [5]三原子体系的低能碰撞动力学理论研究[D]. 周博一. 大连理工大学, 2020
- [6]基于23Na40K的超冷Feshbach分子反应的普适性研究[D]. 刘亚雄. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [7]XH2O-体系反应动力学的理论研究及多通道探测的交叉分子束装置研制[D]. 李路路. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [8]几个含碳/硫小分子体系碰撞反应的动力学性质研究[D]. 岳大光. 山东师范大学, 2020(08)
- [9]量子传能动力学中改进的态耦合方法及其应用[D]. 杨东铮. 南京大学, 2020(04)
- [10]复杂原子分子碰撞碎裂动力学研究[D]. 胡晓青. 中国工程物理研究院, 2020(01)