基於X射線散射技術的原子分子動力學研究

《基於X射線散射技術的原子分子動力學研究》是依託中國科學技術大學，由朱林繁擔任項目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於X射線散射技術的原子分子動力學研究
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：朱林繁
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

X射線散射技術是探測原子分子結構的強有力工具，它的獨特優勢是可以揭示原子分子和材料的波函式在動量空間的分布信息。因此，國際上第三代同步輻射幾乎都裝備有康普頓散射譜儀、角分辨的彈性和非彈性X射線散射譜儀，且這些X射線散射技術已經是第三代同步輻射的重要套用方向，而這恰恰是上海光源目前所缺失的實驗技術。因此，本項目擬在上海光源BL15U1線站上設計並建造康普頓散射譜儀、角分辨的彈性和非彈性X射線散射譜儀，拓寬BL15U1線站的套用範圍至原子、分子和材料的動力學參數研究。在發展裝置的基礎上，精確測量He、Ne、Ar、O2、H2O、CO2等原子分子的康普頓輪廓、彈性和非彈性的微分散射截面和形狀因子平方，從不同的側面揭示這些原子分子動力學參數的動量轉移依賴特性。本項目工作的開展，一方面將大大拓寬BL15U1線站的套用範圍，另一方面將給出上述原子分子完整的、從基態到激發態的波函式在動量空間中的分布信息。

結題摘要

在上海光源的BL15U1線站上建成了康普頓散射譜儀和非彈性X射線散射譜儀。前者的能量分辨在10keV時達到了220eV，相應動量分辨1.5a.u.。後者是國內首台非彈性X射線散射譜儀，在9.9keV入射光子能量時能量分辨達到了1.3eV，實現轉角範圍0°-120°，轉角精度好於0.1°。作為國內第一台也是唯一的一台非彈性X射線散射譜儀，其建成極大地拓寬了BL15U1的套用範圍，為國內同行開展原子、分子和材料的動力學行為研究創造了條件。 基於非彈性X射線散射技術，提出、實現並命名了測量原子分子光吸收截面的dipole（r,r）方法，該方法可以克服常規光吸收方法存線上飽和效應的不足和dipole (e, e)方法中Bethe-Born因子劇烈變化的影響，目前看來是唯一一種可以批量獲得原子分子分立躍遷精確光學振子強度的實驗方法。 在研製實驗設備和發展實驗方法的基礎上，精確了測量He、Ar、N2、CO、CO2等原子分子的高精度康普頓輪廓、光學和廣義振子強度、微分散射截面、積分截面的基準動力學參數，得到了這些原子分子基態和激發態的電子密度在動量空間及特定方向上的分布，揭示了原子分子中的電子關聯效應及激發機制，進而為建立基本的物理圖像提供了直接的實驗依據，並為相關理論提供直接的實驗基準。 相關工作已經發表基金資助SCI論文28篇，其中SCI論文25篇（含1區3篇）。