Luận án Xác định thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 2¹π dựa trên số liệu phổ đánh dấu phân cực

Nội dung tài liệu: Luận án Xác định thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 2¹π dựa trên số liệu phổ đánh dấu phân cực

1. BỘ GIÁO D ỤC VÀ ĐÀO T ẠO TR ƯỜNG ĐẠ I H ỌC VINH NGUY ỄN TI ẾN D ŨNG XÁC ĐỊNH TH Ế N ĂNG C ỦA PHÂN T Ử NaLi Ở TR ẠNG THÁI 2 1ΠΠΠ DỰA TRÊN S Ố LI ỆU PH Ổ ĐÁNH D ẤU PHÂN C ỰC LU ẬN ÁN TI ẾN S Ĩ V ẬT LÍ NGH Ệ AN, 2014 i
2. BỘ GIÁO D ỤC VÀ ĐÀO T ẠO TR ƯỜNG ĐẠ I H ỌC VINH NGUY ỄN TI ẾN D ŨNG XÁC ĐỊNH TH Ế N ĂNG C ỦA PHÂN T Ử NaLi Ở TR ẠNG THÁI 2 1ΠΠΠ DỰA TRÊN S Ố LI ỆU PH Ổ ĐÁNH D ẤU PHÂN C ỰC LU ẬN ÁN TI ẾN S Ĩ V ẬT LÍ Chuyên ngành: Quang h ọc Mã s ố: 62.44.01.09 Ng ười h ướng d ẫn khoa h ọc: 1. PGS. TS. Đinh Xuân Khoa 2. TS. Nguy ễn Huy B ằng NGH Ệ AN, 2014 ii
3. LỜI C ẢM ƠN Lu ận án được hoàn thành d ưới s ự h ướng d ẫn khoa h ọc c ủa PGS.TS. Đinh Xuân Khoa và TS. Nguy ễn Huy B ằng. Tác gi ả xin được bày t ỏ lòng bi ết ơn chân thành t ới các th ầy giáo, nh ững ng ười đã đặt đề tài, hướng d ẫn tận tình và động viên tác gi ả trong su ốt quá trình nghiên c ứu. Tác gi ả xin chân thành c ảm ơn các th ầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học, các b ạn đồ ng nghi ệp và các NCS c ủa khoa V ật lý & Công ngh ệ Tr ường Đại học Vinh đã đóng góp nhi ều ý ki ến khoa h ọc b ổ ích cho n ội dung c ủa lu ận án, đã tạo điều ki ện thu ận l ợi và giúp đỡ tác gi ả trong th ời gian h ọc t ập. Tác gi ả chân thành c ảm ơn Vi ện Hàn lâm khoa h ọc Ba Lan và giáo s ư W. Jastrzebski đã t ạo điều ki ện thu ận l ợi để tri ển khai các phép đo ph ổ NaLi ở tr ạng thái 2 1Π. Tác gi ả xin g ửi l ời c ảm ơn sâu s ắc t ới b ạn bè, ng ười thân trong gia đình đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác gi ả trong quá trình nghiên c ứu và hoàn thành lu ận án. Xin trân tr ọng c ảm ơn! Tác gi ả iii
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan n ội dung c ủa b ản lu ận án này là công trình nghiên cứu c ủa riêng tôi d ưới s ự h ướng d ẫn khoa h ọc c ủa PGS.TS. Đinh Xuân Khoa và TS. Nguy ễn Huy B ằng. Các s ố li ệu, k ết qu ả trong lu ận án là trung th ực và ch ưa được công b ố trong b ất k ỳ m ột công trình nào khác. Tác gi ả Nguy ễn Ti ến D ũng iv
5. MỤC L ỤC Trang LỜI C ẢM ƠN .................................................................................................. iii LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... iv MỤC L ỤC ........................................................................................................ v DANH M ỤC CÁC KÝ HI ỆU ..................................................................... viii DANH M ỤC CÁC HÌNH V Ẽ VÀ B ẢNG S Ố LI ỆU .................................... x TỔNG QUAN .................................................................................................. 1 Ch ươ ng 1: CƠ S Ở LÝ THUY ẾT PH Ổ PHÂN T Ử HAI NGUYÊN T Ử .... 8 1.1. Phân lo ại tr ạng thái điện t ử .................................................................... 8 1.1.1. Các mômen góc và s ự phân lo ại các tr ạng thái điện t ử ....................... 8 1.1.2. Tươ ng quan gi ữa các tr ạng thái c ủa phân t ử v ới nguyên t ử .............. 10 1.2. Mô t ả phân t ử theo c ơ h ọc l ượ ng t ử ..................................................... 12 1.2.1. Hamilton c ủa phân t ử hai nguyên t ử ................................................. 12 1.2.1. G ần đúng Born - Oppenheimer ......................................................... 13 1.3. Ph ổ c ủa phân t ử hai nguyên t ử ............................................................. 16 1.3.1. Ph ần t ử mômen l ưỡ ng c ực điện c ủa d ịch chuy ển .............................. 16 1.3.2. Ph ổ dao độ ng - quay .......................................................................... 18 1.3.3. Ph ổ dao độ ng ..................................................................................... 20 1.3.4. Ph ổ quay ............................................................................................ 22 1.3.5. Ph ổ điện t ử và nguyên lý Franck - Condon ....................................... 24 1.3.6.Tính ch ẵn-lẻ c ủa các m ức n ăng l ượ ng ................................................ 25 v
6. 1.4. Các ph ươ ng pháp xác định th ế năng theo s ố li ệu ph ổ ........................ 27 1.4.1. Xác định th ế năng theo chu ỗi l ũy th ừa .............................................. 27 1.4.1.1. Khai tri ển th ế năng theo chu ỗi Taylor ........................................ 27 1.4.1.2. Khai tri ển Dunham ...................................................................... 31 1.4.2. Xác đị nh th ế n ăng theo các hàm gi ải tích .......................................... 32 1.4.2.1. Th ế Morse ................................................................................... 32 1.4.2.2. Th ế Hulbert-Hirschfelder ............................................................ 35 1.4.3. Xác định th ế năng d ạng s ố ................................................................. 36 1.4.3.1. Th ế RKR ..................................................................................... 36 1.4.3.2. Th ế nhi ễu lo ạn ng ược .................................................................. 37 1.5. Th ế n ăng ngoài mi ền liên k ết hóa h ọc .................................................. 40 1.6. Nhi ễu lo ạn trong ph ổ phân t ử ............................................................... 42 1.6.1 Nhi ễu lo ạn điện t ử .............................................................................. 46 1.6.2 Tươ ng tác spin-qu ỹ đạ o ...................................................................... 48 1.6.3 Các nhi ễu lo ạn quay............................................................................ 49 1.7. K ết lu ận ch ươ ng 1 .................................................................................. 51 Ch ươ ng 2: PH Ổ ĐÁNH D ẤU PHÂN C ỰC CỦA NaLi ............................ 53 2.1. Nguyên lý c ơ b ản của kỹ thu ật PLS ..................................................... 53 2.2. Các s ơ đồ kích thích ............................................................................... 56 2.3. Biên độ c ủa tín hi ệu phân c ực ............................................................... 57 2.4. C ường độ t ỉ đố i c ủa các v ạch ph ổ ......................................................... 62 2.5. Ph ổ PLS của NaLi .................................................................................. 68 2.5.1. B ố trí thí nghi ệm ................................................................................ 68 vi
7. 2.5.2. T ạo các phân t ử NaLi ........................................................................ 71 2.5.3. Quy trình đo ph ổ NaLi ....................................................................... 72 2.6. Định c ỡ ph ổ PLS ..................................................................................... 73 2.7. K ết lu ận ch ươ ng 2 .................................................................................. 77 Ch ươ ng 3: XÁC ĐỊNH TH Ế N ĂNG C ỦA PHÂN T Ử NaLi .................... 78 3.1. S ố li ệu ph ổ th ực nghi ệm ........................................................................ 78 3.2. Xác định th ế n ăng của NaLi ở tr ạng thái 2 1Π ..................................... 82 3.2.1. Các h ằng s ố phân tử ........................................................................... 82 3.2.2. Th ế RKR ............................................................................................ 88 3.2.3. Th ế IPA .............................................................................................. 92 3.3. Xác định mật độ c ư trú các m ức dao độ ng ở tr ạng thái 2 1ΠΠΠ ........... 101 3.4. K ết lu ận ch ươ ng 3 ................................................................................ 103 KẾT LU ẬN CHUNG .................................................................................. 105 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA H ỌC ĐÃ CÔNG B Ố ................................. 107 TÀI LI ỆU THAM KH ẢO ........................................................................... 109 Ph ụ l ục I ......................................................................................................116 Ph ụ l ục II .....................................................................................................117 Ph ụ l ục III ...................................................................................................118 vii
8. DANH M ỤC CÁC KÝ HI ỆU Ký Đơ n v ị Ý ngh ĩa hi ệu PLS Phổ đánh d ấu phân c ực (Polarization Labeling Spectroscopy) RSE Ph ươ ng trình Schrodinger bán kính (Radial Schrodinger Equation) FC Hệ s ố Franck – Condon S J" J ' Hệ s ố Honl – London Re Å Kho ảng cách gi ữa hai h ạt nhân ở v ị trí cân b ằng (độ dài liên k ết) R Å Kho ảng cách gi ữa hai h ạt nhân U(R) cm -1 Hàm thế n ăng phân t ử -1 T(v,J ) cm Số h ạng ph ổ -1 ωe cm Hằng s ố dao độ ng -1 Be cm Hằng s ố quay -1 ωexe cm Bổ chính b ậc nh ất cho h ằng s ố dao độ ng -1 De cm Hằng s ố liên k ết gi ữa dao độ ng và quay -1 Te cm Năng l ượng điện t ử PEC cm -1 Đường th ế n ăng (Potential Energy Curve) De cm -1 Năng l ượng phân ly IPA Ph ươ ng pháp nhiễu lo ạn ng ược (Inverted Perturbation Approach) RLR Å Bán kính Leroy -1 qkl cm Hệ s ố lambda-kép σ Độ l ệch quân ph ươ ng không th ứ nguyên ∆u(i) cm -1 Sai s ố c ủa phép đo th ứ i -1 6 C6, cm (Å) -1 8 Các h ệ s ố tán s ắc C8, cm (Å) -1 10 C10 cm (Å) viii
9. -1 U∞ cm Giá tr ị th ế năng ở gi ới h ạn phân li ( R → ∞) Rmin , Å Kho ảng cách hai h ạt nhân tươ ng ứng v ới điểm quay đầ u Rmax trái và ph ải RKR cm -1 Th ế năng RKR (do Rydberg, Klein và Rees đề xu ất) WKB Gần đúng chu ẩn c ổ điển (do Wentzel, Brillouin and Keller đề xu ất) ix
10. DANH M ỤC CÁC HÌNH V Ẽ VÀ B ẢNG S Ố LI ỆU TT Tên hình Trang 1. Hình 1. Các PEC ở tr ạng thái b ội đơn c ủa phân t ử NaLi được tính 3 toán b ởi Mabrouk [40]. Hình 2 . Các đường th ế năng c ủa tr ạng thái 4 1Σ+ và 3 1Π, 41Π, 61Π, 5 2. 71Π phân t ử NaLi được tính toán lý thuy ết (màu xanh) và th ực nghi ệm (ch ấm đỏ). 3. Hình 1.1 . Gi ản đồ quy t ắc Hund (a) cho liên k ết gi ữa các mômen góc. 10 4. Hình 1.2. Phân b ố độ c ư trú c ủa các m ức dao độ ng c ủa phân t ử 22 5. Hình 1.3. Phân b ố các m ức quay c ủa HCl ở nhi ệt độ T =300 K 24 Hình 1.4. Tính ch ẵn l ẻ c ủa các m ức quay c ủa các tr ạng thái b ội đơ n 26 6. 1Σ+, 1Σ-, 1Π. 7. Hình 1.5. Dạng điển hình c ủa th ế n ăng phân t ử 28 8. Hình 1.6 . Mô hình th ế Morse c ủa phân t ử hai nguyên t ử 34 1 9. Hình 1.7. Sự nhi ễu loạn c ủa các m ức quay trong tr ạng thái 4 ∆ g của Li 2. 44 10. Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lí c ủa PLS. 53 Hình 2.2. Sự tích l ũy (làm nghèo) các m ức Zeeman ở tr ạng thái trên 54 11. (tr ạng thái d ưới) do b ơm quang h ọc J” = 2 lên J’ = 1. Hình 2.3. Sự ph ụ thu ộc ti ết di ện h ấp th ụ vào M đối v ới các d ịch 55 12. J chuy ển P, Q, R. Hình 2.4. Năm s ơ đồ kích thích có th ể đóng góp vào tín hi ệu ph ổ 56 13. phân c ực 14. Hình 2.5. Sự thay đổ i phân c ực c ủa chùm dò khi chùm b ơm phân c ực tròn. 59 15. Hình 2.6. Sự thay đổ i phân c ực c ủa chùm dò khi chùm b ơm phân 61 cực th ẳng. x