超低温(uK-mK)离子+原子+原子三体复合的全维量子力学理论研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21873016
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0301.化学理论与方法
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Traditional studies of molecular reaction dynamics mainly focused on the two-body scatterings, such as A+BC->AB+C, while less attention was paid to the three-body recombination. The latter is a three-body collision in which two atoms form a dimer molecule and the third one carries away the binding energy, X+Y+Z->XY+Z. Three-body recombination of ion+atom+atom in ultracold (uK-mK) conditions, is one of the most important processes in ultracold chemistry and interstellar chemistry, of which the relevant reaction mechanisms still need to be deeply understood. In addition, limited by the factors, such as the huge reaction distance (over tens of thousands of Bohr) and the imperfection of the basis function for the three-body continuum state, the transitional A+BC two-body scattering theory, which is well programmed, is unable to solve this type of problems. Stimulated by this, in this project, we will perform full-dimensional quantum mechanics study of the hydrogen anion+helium+helium and the isotopic substitution systems by solving the time-independent Schrodinger equation with the adiabatic hyperspherical representation method. By taking into account of the multi-channel coupling effects and the cases of total angular momentum J>0, we will calculate the scattering wave functions, the reaction cross section, and the rate constant, etc. The variation of the recombination rates of the neutral molecular and the molecular ion channels with the temperature as well as the competition mechanisms will be investigated. By comparing the isotopic substitution systems, we will further investigate several quantum effects, including the nonadiabatic coupling and the resonant quantum states, etc. By performing this investigation, it is expected to promote our understanding of the ultracold chemistry and to complete the quantum scattering theory.
传统分子反应动力学研究多关注两体散射如A+BC->AB+C,而对三体复合反应关注较少。后者是三个粒子碰撞形成二聚物分子并由第三个粒子带走结合能的过程,X+Y+Z->XY+Z。超低温uK-mK条件下离子+原子+原子的三体复合,是超低温化学和星际化学的重要过程,相关反应机理有待深入认识;但受限于万波尔量级的超大反应距离和基函数对三体连续态描述的不完备性等因素,传统程序化的A+BC两体散射理论无法求解此类问题。为此,项目拟以氢负离子+氦+氦及其同位素组成的三体系统为例,发展绝热超球表象方法求解非含时薛定谔方程,开展全维量子力学研究。考虑多通道耦合效应和总角动量大于零等情况,计算体系波函数、反应截面、速率常数等,分析中性分子和分子离子通道复合速率随温度的变化趋势和竞争机制;对比同位素取代体系,考察非绝热耦合、共振态等量子效应的影响。期望通过本项目研究,推动对超低温化学反应的认识并完善量子散射理论。

结项摘要

传统分子反应动力学研究多关注两体散射如A+BC-->AB+C,而对三体复合反应(A+B+C-->AB+C)关注较少。超低温uK-mK条件下离子+原子+原子的三体复合,是超冷化学的主导反应类型,也是超低温化学和星际化学的重要过程,相关反应机理有待深入认识。受限于万波尔量级的超大反应距离和基函数对三体连续态描述的不完备性等因素,传统的A+BC两体散射理论无法求解此类问题。本项目以“绝热超球表象”方法为基础,建立了描述离子+原子+原子体系超低温三体复合的全维量子力学理论模型。推导了绝热超球表象的基函数(通道函数,channel function)的本征方程,构建了描述通道之间相互作用的耦合方程组。在考虑体系的对称性以及相应边界条件的前提下,完成了相关方程数值求解程序的编写、测试和优化。基于该理论和计算程序,对 3He + 3He + [X]和4He + 4He + [X], X = H-, D-, T-, 20Ne, 9Be, 24Mg, 40Ca, 88Sr, 138Ba等体系的超低温三体复合过程进行了详细研究。精确给出了相关体系三体复合速率和碰撞诱导解离速率等重要参考数据随碰撞能量变化的函数图像。比较了各个分波对相应产物通道散射波函数、反应截面以及复合速率(或解离速率)的贡献度,分析了各离子产物通道复合速率随碰撞变化的原因及通道间的竞争机制。进一步在主导分波各通道的势函数和相互间非绝热耦合函数图像下,提出了选择性开放通道的理论模型,深入分析了各通道对反应速率的贡献,解释了各体系的反应机理。此外,针对超低温三体碰撞相关的势函数构建、能量转移、超冷两体散射、激光诱导两体光缔合、光解离等问题也开展了研究。包括构建He2H-、He3、Li2等体系高精度势函数、揭示H + C2Hx --> H2 + C2Hx-1等体系“碰撞漫游反应机理”、阐明H + C2Hx体系超级能量转移机理、解释6Li2体系磁诱导Feshbach共振现象的温度依赖性、发展全维随机相位波包方法模拟Mg2高能光缔合等。相关研究结果为揭示超冷三体散射的动力学本质提供了理论和数据支撑。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Three-Body Recombination of Cold He-3-He-3-T- System
冷He-3-He-3-T-系统的三体重组
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chinese Physics Letters
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    M.-M. Zhao;L.-H. Li;B.-W. Si;B.-B. Wang;B. Fu;韩永昌
  • 通讯作者:
    韩永昌
Ultracold state-to-state chemistry for three-body recombination in realistic 3He2– alkaline-earth-metal systems
现实 3He2·碱土金属体系中三体复合的超冷态间化学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Chemical Physics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    B.-B. Wang;M. Zhang;韩永昌
  • 通讯作者:
    韩永昌
The full-dimensional potential energy surface of He2H using fundamental invariant neural network method
使用基本不变神经网络方法计算He2H的全维势能面
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    International Journal of Quantum Chemistry
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Y. Bai;Y.-L. Fu;G.-R. Wang;B. Fu;韩永昌
  • 通讯作者:
    韩永昌
Steering thermal photoassociation of magnesium atoms by two time-delayed femtosecond laser pulses
通过两个延时飞秒激光脉冲控制镁原子的热光缔合
  • DOI:
    10.3389/fphy.2023.1114719
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    Frontiers in Physics
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    R. Zhang;J.-W. Hu;韩永昌;B. Fu;M. Shundalau
  • 通讯作者:
    M. Shundalau
The thermal-average effect on the field-free orientation of the NaI molecule with full-dimensional random-phase wavefunctions
全维随机相位波函数 NaI 分子无场取向的热平均效应
  • DOI:
    10.1016/j.cplett.2021.139052
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Chemical Physics Letters
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    J.-W. Hu;韩永昌
  • 通讯作者:
    韩永昌

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其他文献

Rovibrational population transfer in the ground state controlled by two coherent laser pulses
由两个相干激光脉冲控制的基态旋转布居转移
  • DOI:
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  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Rong Wang;Ying-Yu Niu;Ming-Hui Qiu;韩永昌
  • 通讯作者:
    韩永昌
Above-threshold dissociation of the molecular ion HD+ in a moderate-intensity femtosecond laser field from the calculation of time-of-flight spectra
根据飞行时间光谱的计算,中等强度飞秒激光场中分子离子 HD 的阈值以上解离
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017-07
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Wei Gao;Bin-Bin Wang;Xue-Jin Hu;Shuo Chai;韩永昌;J. B. Greenwood
  • 通讯作者:
    J. B. Greenwood
H/D+Cl光缔合过程中的同位素效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国科技论文
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高伟;王奕钧;韩永昌
  • 通讯作者:
    韩永昌
Quasiclassical trajectory calculations of CD3CHO dissociation to CD2H + DCO on a global potential energy surface
CD3CHO 在全局势能面上解离为 CD2H DCO 的准经典轨迹计算
  • DOI:
    10.1142/s0219633618500475
  • 发表时间:
    2018-11
  • 期刊:
    Journal of Theoretical and Computational Chemistry
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    韩永昌
  • 通讯作者:
    韩永昌
The “bound wavefunction” on the repulsive excited 2Sigma_u state of the HD+ molecule
HD 分子排斥激发 2Sigma_u 态上的“束缚波函数”
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    International Journal of Quantum Chemistry
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Wei Gao;Bin-Bin Wang;Xue-Jin Hu;韩永昌
  • 通讯作者:
    韩永昌

其他文献

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分子碰撞诱导漫游反应机理研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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