強場誘導的電子-核運動關聯及含時動力學研究

《強場誘導的電子-核運動關聯及含時動力學研究》是依託山東師範大學，由孟慶田擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強場誘導的電子-核運動關聯及含時動力學研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孟慶田
• 依託單位：山東師範大學

項目摘要

強場作用下的分子中電子與核運動的關聯（或糾纏）對動力學過程有著重要影響。由於此時基於玻恩-奧本海默近似（BOA）的一般動力學理論已經失效，需要發展相應的理論來處理超快強場驅動下的分子內電子-核運動的相互關聯。本項目就是在含時波包動力學理論基礎上，發展和完善外場與分子相互作用的動力學理論和計算方法，通過求解可以同時描述超快強場下電子與核運動規律的含時薛丁格方程，研究能量在電子運動與核振動自由度之間的轉移過程；通過分析強場對分子內電子與核運動關聯的影響，研究這種效應在分子電離、解離及高次諧波產生（HHG）過程中的體現；通過分析強場對勢能面的耦合或交叉的影響，研究強場驅動下的電子與核相互作用的動力學過程的本質。相應的研究結論不僅可以提供強場與分子相互作用的信息，對於揭示分子內部結構，探索分子中電子與核的動力學行為，對於實現原子分子過程及其電子結構的強場操控也具有重要的理論意義和實踐價值。

結題摘要

本項目實施三年來，以分子核心與電子的運動關聯為主要研究目標，利用含時波包方法、準經典軌線等理論研究了氫分子高次諧波的產生、雙原子分子的光解離、光締合以及原子分子的碰撞動力學。研究發現，高次諧波作為電子與母核再碰撞的生動體現，會受到核間距、振動量子數以及外場強度的影響；分子的光解離是外場作用於分子發生電子躍遷並發生鍵的斷裂及形成的動力學過程，在這個過程中不僅涉及外場對分子內兩個電子態的耦合，也涉及兩個電子態的相互作用或自旋軌道耦合，這種耦合的存在不僅影響著光解吸收譜的形狀，而且對解離產物的動能分布、產物的分支比也產生影響，並反過來給出核與電子的運動關聯的信息；分子的光締合是分子光解離的逆過程，對這個過程的研究發現，分子的光締合過程同時也伴隨著較高振動態分子的光解過程，勢能面的耦合程度對光締合效率也有一定的影響，這也是電子-核運動關聯的體現。以上工作中，外場的調製是不可缺少的，通過動力學信息對外場參數（強度、頻率、持續時間等）的依賴，得到了外場對電子與核運動關聯的影響。這些結論對實現原子分子過程及其電子結構的外場操控具有重要的理論意義。對原子與分子碰撞的含時動力學研究發現，非絕熱效應在低能化學反應動力學中起著重要的作用。由於自旋軌道耦合及系間交叉的存在，使得多重態和單重態之間發生耦合，從而影響了碰撞反應的積分截面、反應幾率和產物分支比等。由於電子態之間的耦合能夠反映電子與核的運動糾纏，故這種影響也是電子-核運動關聯的重要體現。在原子與分子碰撞的準經典軌線理論研究中，由於討論的只是在一個電子態勢能面上的碰撞反應，較少涉及電子與核運動的關聯，但對不同電子態上的碰撞反應的研究發現，碰撞能和振動激發（與核運動有關）對反應幾率和立體動力學性質的影響也是不一樣的。另外，在該項目的幫助下，我們還套用Helfrich理論研究了生物膜與膠體粒子的相互作用，給出了球（或柱）狀粒子與生物膜發生作用時，膜形狀的變化和相變規律。這是從相對巨觀的層次研究物質的相互作用，為進一步研究生物大分子過程（比如蛋白質的合成及分泌等）打下了一定的基礎。到目前為止，相關研究已經在J Chem Phys， Chin Phys B， Science China，物理學報等國內外刊物上發表文章十餘篇，另有幾篇文章已經接受。