强场电离分子激发态非绝热过程原子核与电子动力学的理论研究
批准号:
12104189
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
荆庆丽
依托单位:
学科分类:
外场中的原子分子性质及其调控
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
荆庆丽
中文摘要
强激光场中分子的电离动力学和激发态非绝热动力学均为超快超强激光物理领域备受关注的研究热点。然而,由于同时考虑原子核和光电子的运动理论研究十分困难,因而关于这两种动力学过程共同发生的理论研究工作进展缓慢。本项目探索性地在表面跳跃方法之中引入蒙特卡洛波包方案模拟分子电离过程的技术路线,结合这两种方法的优势,可以实现对电子和原子核运动行为的量子力学描述。项目以不同激光参数下电离双原子分子的激发态非绝热动力学过程为研究内容,致力于得到不同反应通道下原子核和光电子的关联能谱,利用能谱结构特征提取激发态寿命、电子相干时间等重要信息,揭示非绝热相互作用对电子和原子核耦合运动行为的影响规律,进而阐明分子激发态原子核与电子的相互作用机制。项目研究成果可实现对分子内原子核或电子动力学行为的复现与控制,为精确调控分子反应动力学提供理论支撑。
英文摘要
Both the ionization dynamics and the non-adiabatic excitation dynamics in molecules driven by ultra-intense and ultrashort laser pulses have become two of the most popular research topics in the field of ultrafast and ultrastrong laser physics. However, there have been very few advances in developing new theoretical methods to study the coupled excitation and ionization dynamics because of the great difficulty of considering the quantum effects for both the nuclei and photoelectrons. In this project, we propose a new method of introducing the technical routes of the Monte Carlo wave packet method into the Surface Hopping method to realize a quantum mechanical description of both the electron and nuclear dynamics by combining the advantages of these two methods. We will apply it to study the non-adiabatic excited-state dynamics following ionization of different diatomic molecules by using ultrashort laser pulses at different laser parameters and to extract information such as the lifetime of excited states and the electronic coherence time from the obtained electron-nuclear coincidence energy spectra. The results from this work will help to reproduce and control the electron and nuclear dynamics in molecules, and thus provide a theoretical basis for a more precise control over the molecular reaction dynamics.
超短激光脉冲下分子的解离和电离动力学一直是近些年来超快领域的研究热点。随着飞秒激光和阿秒脉冲光源技术的发展,研究人员已经在实验上实现了对不同分子体系中原子核或电子超快动力学行为的观测和相干控制。然而,受限于现有超级计算机的算力,采用全量子理论求解薛定谔方程来模拟超短激光脉冲作用下分子的电离过程难度巨大。本项目采用两种方法简化了对双原子分子电离过程的薛定谔方程的求解:拓展半经典半量子的Floquet表面跳跃方法研究了简单双原子分子H2+和HeH+分子的电离过程,通过将电离速率引入不同的Floquet态,得到了更符合物理过程的不同初始振动、不同激光参数下解离和电离产额以及相应原子核的动能释放谱,揭示了基态和激发态之间的非绝热耦合作用对原子核运动的影响。其中,利用Floquet表面跳跃方法研究HeH+分子的电离过程是将该方法拓展应用于异核双原子分子的首次尝试,已经取得了一些新颖的研究结果;利用蒙特卡罗波包方法研究了复杂双原子分子N2和CO的解离性双电离过程。该方法在研究双原子分子的解离性多电离过程原子核的运动行为具有突出优势。我们结合了两种谱方法得到了不同激光脉冲下N2++和CO++相应的原子核动能释放谱。这些谱上存在若干个非常尖锐的峰,这对应于N2++和CO++的电子态势能曲面上的若干个具有一定寿命的准束缚的振动共振态。通过对比不同测量时间原子核动能释放谱上峰的变化,我们能够获得这些准束缚振动共振态的寿命。但是,目前实验结果中没有这些应该存在的尖锐的峰,主要原因是现有探测仪器分辨率的限制。为了模拟分辨率对实验结果的影响,并与相应的实验结果进行对比,我们对理论计算得到的原子核动能释放谱与一维高斯函数进行了卷积计算,此时,所得结果与实验结果更接近,更便于分析实验谱上各特征结构的成因。本项目采用的研究方法可以拓展应用于研究其他分子体系的解离和电离过程,研究结果不仅可以更好地解释实验现象,也为相关实验提供了理论预测和指导。
双原子及多原子分子解离性双电离或多电离过程中超快核动力学的理论研究
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批准号:--
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:5万元
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批准年份:2019
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负责人:荆庆丽
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依托单位:
国内基金
海外基金