强场诱导的电子-核运动关联及含时动力学研究

强场作用下的分子中电子与核运动的关联（或纠缠）对动力学过程有着重要影响。由于此时基于玻恩-奥本海默近似（BOA）的一般动力学理论已经失效，需要发展相应的理论来处理超快强场驱动下的分子内电子-核运动的相互关联。本项目就是在含时波包动力学理论基础上，发展和完善外场与分子相互作用的动力学理论和计算方法，通过求解可以同时描述超快强场下电子与核运动规律的含时薛定谔方程，研究能量在电子运动与核振动自由度之间的转移过程；通过分析强场对分子内电子与核运动关联的影响，研究这种效应在分子电离、解离及高次谐波产生（HHG）过程中的体现；通过分析强场对势能面的耦合或交叉的影响，研究强场驱动下的电子与核相互作用的动力学过程的本质。相应的研究结论不仅可以提供强场与分子相互作用的信息，对于揭示分子内部结构，探索分子中电子与核的动力学行为，对于实现原子分子过程及其电子结构的强场操控也具有重要的理论意义和实践价值。

本项目实施三年来，以分子内核与电子的运动关联为主要研究目标，利用含时波包方法、准经典轨线等理论研究了氢分子高次谐波的产生、双原子分子的光解离、光缔合以及原子分子的碰撞动力学。研究发现，高次谐波作为电子与母核再碰撞的生动体现，会受到核间距、振动量子数以及外场强度的影响；分子的光解离是外场作用于分子发生电子跃迁并发生键的断裂及形成的动力学过程，在这个过程中不仅涉及外场对分子内两个电子态的耦合，也涉及两个电子态的相互作用或自旋轨道耦合，这种耦合的存在不仅影响着光解吸收谱的形状，而且对解离产物的动能分布、产物的分支比也产生影响，并反过来给出核与电子的运动关联的信息；分子的光缔合是分子光解离的逆过程，对这个过程的研究发现，分子的光缔合过程同时也伴随着较高振动态分子的光解过程，势能面的耦合程度对光缔合效率也有一定的影响，这也是电子-核运动关联的体现。以上工作中，外场的调制是不可缺少的，通过动力学信息对外场参数（强度、频率、持续时间等）的依赖，得到了外场对电子与核运动关联的影响。这些结论对实现原子分子过程及其电子结构的外场操控具有重要的理论意义。. 对原子与分子碰撞的含时动力学研究发现，非绝热效应在低能化学反应动力学中起着重要的作用。由于自旋轨道耦合及系间交叉的存在，使得多重态和单重态之间发生耦合，从而影响了碰撞反应的积分截面、反应几率和产物分支比等。由于电子态之间的耦合能够反映电子与核的运动纠缠，故这种影响也是电子-核运动关联的重要体现。在原子与分子碰撞的准经典轨线理论研究中，由于讨论的只是在一个电子态势能面上的碰撞反应，较少涉及电子与核运动的关联，但对不同电子态上的碰撞反应的研究发现，碰撞能和振动激发（与核运动有关）对反应几率和立体动力学性质的影响也是不一样的。另外，在该项目的帮助下，我们还应用Helfrich理论研究了生物膜与胶体粒子的相互作用，给出了球（或柱）状粒子与生物膜发生作用时，膜形状的变化和相变规律。这是从相对宏观的层次研究物质的相互作用，为进一步研究生物大分子过程（比如蛋白质的合成及分泌等）打下了一定的基础。. 到目前为止，相关研究已经在J Chem Phys， Chin Phys B， Science China，物理学报等国内外刊物上发表文章十余篇，另有几篇文章已经接受。

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