用零動能光譜研究外電場中銫原子電離閾上能級

《用零動能光譜研究外電場中銫原子電離閾上能級》是依託山西大學，由李昌勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：用零動能光譜研究外電場中銫原子電離閾上能級
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李昌勇
• 依託單位：山西大學

項目摘要

Stark效應是原子和分子在外電場中能級的分裂和移動及電離能降低的現象。理論預言外電場中原子電離閾值之上（閾上）的能態是存在的。我們已經採用共振多光子電離方法獲得了解析度不好的來自閾上能級的光譜。目前還沒有外電場中閾上能級結構的詳細實驗報導。零動能光譜是最近發展起來的研究電離閾上能級的高解析度光譜技術，主要套用於無外加電場時分子離子基態和激發態的振動和轉動能級研究。本項目擬採用零動能光譜技術研究外電場中銫原子閾上能態信息，實驗上獲得閾上態的高解析度光譜、能級結構、躍遷幾率、壽命、能級交叉與反交叉、偶極矩和極化率等重要特性參數。同時進行理論計算，通過數值求解外場中的薛丁格方程獲得閾上態的波函式、躍遷幾率、電荷分布、電偶極矩和極化率等特性數據。 本項目將開啟原子分子外電場中閾上能態特性的研究之門, 也為零動能光譜學開闢一個新的套用領域。

結題摘要

原子和分子能級在外電場中的分裂和移動及電離能降低的現象稱為Stark效應。理論預言外電場中原子電離閾上能態是存在的，但實驗方面未見詳細報導。零動能光譜是最近發展的用於研究分子電離閾上能級的高解析度光譜技術。本項目採用零動能光譜技術研究外電場中原子閾上能態。首先搭建了實驗系統，即質量分辨的閾值電離（MATI）光譜系統。實驗研究了苯酚類和苯腈類分子的共振增強多光子電離（REMPI）和質量分辨閾值電離光譜，與國際期刊已經報導的同類分子結果相比，獲得了很好的信噪比、光譜和質譜解析度，受到國際期刊審稿人好評。與國際同行的實驗系統相比，我們的系統結構緊湊，腔體真空度高，成本低，效果好激發了進一步改進零動能光譜實驗系統的興趣，為零動能光譜儀在相關領域的推廣和套用打下了基礎。首次獲得了鄰、間、對甲氧基苯甲腈；鄰、間氨基苯腈；間、對氟苯腈；對氯苯腈；對氯甲苯；對異丙基苯酚；鄰乙基苯酚及其與水形成的團簇等分子的共振多光子電離光譜、光電離效率譜和質量分辨閾值電離光譜，獲得了精確的第一電子激發態和陽離子基態的振動能級信息，結合密度泛函理論計算並參照同類型分子的報導結果對測量到的光譜進行了標識，給出了儘可能準確的振動模式描述.首次通過MATI光譜獲得了這些分子最精確的電離能，討論了氰基和羥基的取代對苯類衍生物激發能和電離能的影響，揭示了氰基具有較強吸電子能力的本性。理論計算模擬了REMPI和MATI光譜，與實驗結果獲得了較好的一致性。 對里德堡原子外電場中的特性進行了理論計算，計算了銣、銫里德堡分子的波函式、電荷分布和振動特性，計算了鋰原子裡德堡態在外電場中的電偶極矩、電荷分布等，理論研究了鎵原子的Stark效應。原子裡德堡態的相干、Autler-Townes分裂、電磁感應透明和雙光子光譜等都為深入探討里德堡原子分子的特性提供了重要參考資料和數據。可能由於外場中原子電離閾上能態壽命非常短，實驗未能觀察到原子電離閾上能態的光譜信號。