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非断熱電子波束動力学による強レーザー場中の分子のイオン化素過程の解明

利用非绝热电子波通量动力学阐明强激光场中分子的电离过程

基本信息

批准号：
09J03778
负责人：
菅野学
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University (2010)The University of Tokyo (2009)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

超短強レーザーパルスと相互作用してアト秒の時間スケールで進行する分子のイオン化など、分子の電荷の変化を伴う電離現象における電子と原子核のダイナミクスは従来の量子化学的手法では扱うことのできなかった化学的に重要な問題である。これらの問題を扱うために、電子と原子核の両方の自由度を量子波束で表現して分子の非断熱ダイナミクスを適切に評価するnon-Born-Oppenheimer Quantum Chemistry(non-BOQC)法を分子からの電子の脱離や分子と電子の結合を伴う広義の電離ダイナミクスに拡張するという課題に取り組んだ。当該年度は、1自由度問題に限定されていたnon-BOQC法の適用範囲を多自由度の電離現象にまで拡張することに取り組んだ。その成果をまとめると、大きく次の4つが挙げられる。1.多自由度のnon-BOQC法における波動関数が従う運動方程式を行列形式で定式化した。2.波動関数の時間発展に必要な速度勾配(velocity gradient)行列が従う運動方程式を導出し、古典軌道の転回点においてそれを逆行列へと変換することにより、速度勾配行列の数値的に安定な計算手法を開発した。3.non-BOQC法の特異点問題(波動関数を記述するパラメーターの発散)を多自由度問題においても部分的に解決した。4.具体的な系への適用として、強レーザー場と相互作用する水素原子やヘリウム原子における電子の運動(古典軌道)を安定に計算する数値計算プログラムを開発した。これらの成果から、多自由度の電離電子ダイナミクスを半古典力学に基づいて評価する画期的な手法である拡張non-BOQC法の理論とその数値計算法を開発し、それを強レーザー場誘起イオン化などの一般の多原子分子の電離現象に適用するための基礎を構築した。

Ultra-short strong interaction takes place in seconds, and molecular charge changes accompany ionization phenomena, electrons, nuclei, and quantum chemistry techniques are important problems in chemistry. Non-Born-Oppenheimer Quantum Chemistry(non-BOQC) method for molecular electron dissociation and molecular electron binding. When the year is limited to 1 degree of freedom, the application range of non-BOQC method and the ionization phenomenon of multiple degrees of freedom are selected. The results of the game are as follows: 1. The multi-degree-of-freedom non-BOQC method is formalized in terms of the ratio of the equations of motion. 2. The equation of motion of the velocity gradient matrix is derived for the time evolution of the ratio, the inverse matrix is transformed for the return point of the classical orbit, and the stable calculation method for the velocity gradient matrix is developed. 3. The non-BOQC method is used to solve the special point problem (the ratio relation is described) and the multi-degree-of-freedom problem. 4. Specific systems are applied to the calculation of electron motion (classical orbits) for water atoms and strong magnetic field interactions. The results of this paper are as follows: (1) The theory and numerical calculation method of ionization electron with multiple degrees of freedom are developed and the basis for application of ionization phenomenon of general polyatomic molecules is constructed.