Tiến Sĩ Xác định thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 21Π dựa trên số liệu phổ đánh dấu phân cực

LUẬN ÁN TIẾN SỸ
NĂM 2014
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN iii
LỜI CAM ĐOAN . iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU . viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG SỐ LIỆU x
TỔNG QUAN 1
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHỔ PHÂN TỬ HAI NGUYÊN TỬ 8
1.1. Phân loại trạng thái điện tử 8
1.1.1. Các mômen góc và sự phân loại các trạng thái điện tử . 8
1.1.2. Tương quan giữa các trạng thái của phân tử với nguyên tử 10
1.2. Mô tả phân tử theo cơ học lượng tử . 12
1.2.1. Hamilton của phân tử hai nguyên tử . 12
1.2.1. Gần đúng Born - Oppenheimer . 13
1.3. Phổ của phân tử hai nguyên tử . 16
1.3.1. Phần tử mômen lưỡng cực điện của dịch chuyển 16
1.3.2. Phổ dao động - quay 18
1.3.3. Phổ dao động . 20
1.3.4. Phổ quay 22
1.3.5. Phổ điện tử và nguyên lý Franck - Condon . 24
1.3.6.Tính chẵn-lẻ của các mức năng lượng 25
1.4. Các phương pháp xác định thế năng theo số liệu phổ 27
1.4.1. Xác định thế năng theo chuỗi lũy thừa 27
1.4.1.1. Khai triển thế năng theo chuỗi Taylor 27
1.4.1.2. Khai triển Dunham 31
1.4.2. Xác định thế năng theo các hàm giải tích 32
1.4.2.1. Thế Morse . 32
1.4.2.2. Thế Hulbert-Hirschfelder 35
1.4.3. Xác định thế năng dạng số . 36
1.4.3.1. Thế RKR . 36
1.4.3.2. Thế nhiễu loạn ngược 37
1.5. Thế năng ngoài miền liên kết hóa học 40
1.6. Nhiễu loạn trong phổ phân tử . 42
1.6.1 Nhiễu loạn điện tử 46
1.6.2 Tương tác spin-quỹ đạo 48
1.6.3 Các nhiễu loạn quay 49
1.7. Kết luận chương 1 51
Chương 2: PHỔ ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC CỦA NaLi 53
2.1. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật PLS . 53
2.2. Các sơ đồ kích thích . 56
2.3. Biên độ của tín hiệu phân cực . 57
2.4. Cường độ tỉ đối của các vạch phổ . 62
2.5. Phổ PLS của NaLi 68
2.5.1. Bố trí thí nghiệm 68
2.5.2. Tạo các phân tử NaLi 71
2.5.3. Quy trình đo phổ NaLi . 72
2.6. Định cỡ phổ PLS . 73
2.7. Kết luận chương 2 77
Chương 3: XÁC ĐỊNH THẾ NĂNG CỦA PHÂN TỬ NaLi 78
3.1. Số liệu phổ thực nghiệm 78
3.2. Xác định thế năng của NaLi ở trạng thái 21Π . 82
3.2.1. Các hằng số phân tử . 82
3.2.2. Thế RKR 88
3.2.3. Thế IPA 92
3.3. Xác định mật độ cư trú các mức dao động ở trạng thái 21P . 101
3.4. Kết luận chương 3 103
KẾT LUẬN CHUNG 105
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ . 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 109
Phụ lục I 116
Phụ lục II .117
Phụ lục III .118
Những kết luận mới của Luận án:
1. Sử dụng kỹ thuật phổ PLS, phổ của phân tử NaLi ở trạng thái điện tử 2[SUP]1[/SUP]P được quan sát lần đầu tiên đạt đến độ phân giải cấu trúc quay ứng với sai số phép đo 0,1 cm[SUP]-1[/SUP]. Bằng các phương pháp phân tích khác nhau, gần 800 vạch phổ PLS đã được sử dụng để xác định chính xác các đặc trưng phổ của phân tử NaLi đến gần giới hạn phân li.
2. Dựa trên khai triển thế năng theo chuỗi lũy thừa, tập hợp 16 hằng số phân tử cùng với hệ số lambda kép đã được xác định với độ lệch quân phương không thứ nguyên s = 0,62. Các hằng số phân tử đã mô tả một cách đơn giản số hạng phổ của trạng thái 2[SUP]1[/SUP]Π và các đặc trưng về cấu trúc: độ dài liên kết, năng lượng phân li, cường độ dao động và năng lượng điện tử của NaLi ở trạng thái 2[SUP]1[/SUP]Π. Mặt khác, các hằng số phân tử này được lựa chọn để tính thế năng theo phương pháp RKR.
3. Sử dụng phương pháp chuẩn cổ điển WKB, thế năng của phân tử NaLi (thế RKR) đã được xác định theo 17 cặp điểm quay đầu cùng với cực tiều ứng với độ dài liên kết R[SUB]e[/SUB] = 3,728973 Å. Mặc dù thế RKR thu được trong trường hợp này chưa thể biểu diễn tốt trường số liệu thực nghiệm nhưng nó đã cho ta bức tranh tổng thể về vị trí các cặp điểm quay đầu và cung cấp dữ kiện để khẳng định đường thế năng của trạng thái 2[SUP]1[/SUP]Π có một hàng rào thế (mức dao động v = 16 nằm cao hơn giới hạn phân li).
4. Mặc dù số liệu phổ thực nghiệm chỉ bao phủ được miền thế năng đến giới hạn R = 7,1Å nhưng sử dụng phương pháp IPA, chúng tôi đã xác định được thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 2[SUP]1[/SUP]Π đến giới hạn 16Å. Việc xác định được thế năng trong miền khoảng cách lớn giữa hai hạt nhân nguyên tử đã cho phép chính xác hóa được các hệ số tán sắc C[SUB]n[/SUB] – là các thông số chính để xác định “va chạm” giữa các nguyên tử Na và Li. Đường thế năng IPA thu được trong đề tài này là đường thế năng chính xác nhất đến thời điểm hiện tại cho phân tử NaLi ở trạng thái điện tử 2[SUP]1[/SUP]Π.
5. Một kết quả quan trọng của đề tài là từ số liệu phổ đã cho thấy sự tồn tại một hàng rào thế nhỏ xen giữa hai cực tiểu của đường thế năng của NaLi ở trạng thái 2[SUP]1[/SUP]Π. Việc xác định được hàng rào thế xen giữa hai cực tiểu là một đặc điểm thú vị không chỉ bởi tính “kì dị” của thế năng mà còn là cơ sở để có thể lựa chọn trạng thái điện tử 2[SUP]1[/SUP]Π mà tại đó có thể tạo phân tử NaLi từ các nguyên tử Na và Li theo kỹ thuật phổ liên kết quang (photoassociation spectroscopy). Theo đó, có thể kích thích các nguyên tử lạnh Na từ trạng thái cơ bản (3[SUP]2[/SUP]S[SUB]1/2[/SUB]) lên trạng thái 3[SUP]2[/SUP]P[SUB]1/2[/SUB] để từ đó kết hợp với nguyên tử lạnh Li ở trạng thái cơ bản (2[SUP]2[/SUP]S[SUB]1/2[/SUB]) thành phân tử lạnh NaLi có phân bố cư trú tập trung tại cực tiểu thứ hai (bên ngoài hàng rào thế). Nhờ hiệu ứng xuyên hầm, phân tử NaLi sẽ chuyển từ các trạng thái dao động ở trong cực tiểu thứ hai về các trạng thái dao động cực tiểu thứ nhất, sau đó phát huỳnh quang để trở về trạng thái điện tử cơ bản 1[SUP]1[/SUP]Σ[SUP]+[/SUP] (trạng thái bền).