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

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

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN TIẾN DŨNG XÁC ĐỊNH THẾ NĂNG CỦA PHÂN TỬ NaLi Ở TRẠNG THÁI 2 1 Π ΠΠ Π DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGHỆ AN, 2014 ii BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN TIẾN DŨNG XÁC ĐỊNH THẾ NĂNG CỦA PHÂN TỬ NaLi Ở TRẠNG THÁI 2 1 Π ΠΠ Π DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 62.44.01.09 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Đinh Xuân Khoa 2. TS. Nguyễn Huy Bằng NGHỆ AN, 2014 iii LỜI CẢM ƠN Lun án ưc hoàn thành dưi s hưng dn khoa hc ca PGS.TS. inh Xuân Khoa và TS. Nguyn Huy Bng. Tác gi xin ưc bày t lòng bit ơn chân thành ti các thy giáo, nhng ngưi ã t  tài, hưng dn tn tình và ng viên tác gi trong sut quá trình nghiên cu. Tác gi xin chân thành cm ơn các thy giáo, cô giáo, các nhà khoa hc, các bn ng nghip và các NCS ca khoa Vt lý & Công ngh Trưng i hc Vinh ã óng góp nhiu ý kin khoa hc b ích cho ni dung ca lun án, ã to iu kin thun li và giúp  tác gi trong thi gian hc tp. Tác gi chân thành cm ơn Vin Hàn lâm khoa hc Ba Lan và giáo sư W. Jastrzebski ã to iu kin thun li  trin khai các phép o ph NaLi  trng thái 2 1 Π. Tác gi xin gi li cm ơn sâu sc ti bn bè, ngưi thân trong gia ình ã quan tâm, ng viên, giúp  tác gi trong quá trình nghiên cu và hoàn thành lun án. Xin trân trng cm ơn! Tác giả iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam oan ni dung ca bn lun án này là công trình nghiên cu ca riêng tôi dưi s hưng dn khoa hc ca PGS.TS. inh Xuân Khoa và TS. Nguyn Huy Bng. Các s liu, kt qu trong lun án là trung thc và chưa ưc công b trong bt kỳ mt công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Tiến Dũng v MỤC LỤC Trang LI CM 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 s phân loi các trng thái in t 8 1.1.2. Tương quan gia các trng thái ca phân t vi nguyên t 10 1.2. Mô tả phân tử theo cơ học lượng tử 12 1.2.1. Hamilton ca phân t hai nguyên t 12 1.2.1. Gn úng Born - Oppenheimer 13 1.3. Phổ của phân tử hai nguyên tử 16 1.3.1. Phn t mômen lưng cc in ca dch chuyn 16 1.3.2. Ph dao ng - quay 18 1.3.3. Ph dao ng 20 1.3.4. Ph quay 22 1.3.5. Ph in t và nguyên lý Franck - Condon 24 1.3.6.Tính chn-l ca các mc năng lưng 25 vi 1.4. Các phương pháp xác định thế năng theo số liệu phổ 27 1.4.1. Xác nh th năng theo chui lũy tha 27 1.4.1.1. Khai trin th năng theo chui Taylor 27 1.4.1.2. Khai trin Dunham 31 1.4.2. Xác nh th năng theo các hàm gii tích 32 1.4.2.1. Th Morse 32 1.4.2.2. Th Hulbert-Hirschfelder 35 1.4.3. Xác nh th năng dng s 36 1.4.3.1. Th RKR 36 1.4.3.2. Th nhiu lon ngưc 37 1.5. Thế năng ngoài miền liên kết hóa học 40 1.6. Nhiễu loạn trong phổ phân tử 42 1.6.1 Nhiu lon in t 46 1.6.2 Tương tác spin-qu o 48 1.6.3 Các nhiu lon 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. B trí thí nghim 68 vii 2.5.2. To các phân t NaLi 71 2.5.3. Quy trình o ph 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 2 1 Π 82 3.2.1. Các hng s phân t 82 3.2.2. Th RKR 88 3.2.3. Th IPA 92 3.3. Xác định mật độ cư trú các mức dao động ở trạng thái 2 1 Π ΠΠ Π 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 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa PLS Ph ánh du phân cc (Polarization Labeling Spectroscopy) RSE Phương trình Schrodinger bán kính (Radial Schrodinger Equation) FC H s Franck – Condon " ' J J S H s Honl – London R e Å Khong cách gia hai ht nhân  v trí cân bng ( dài liên kt) R Å Khong cách gia hai ht nhân U(R) cm -1 Hàm th năng phân t T(v,J) cm -1 S hng ph ω e cm -1 Hng s dao ng B e cm -1 Hng s quay ω e x e cm -1 B chính bc nht cho hng s dao ng e D cm -1 Hng s liên kt gia dao ng và quay e T cm -1 Năng lưng in t PEC cm -1 ưng th năng (Potential Energy Curve) D e cm -1 Năng lưng phân ly IPA Phương pháp nhiu lon ngưc (Inverted Perturbation Approach) R LR Å Bán kính Leroy q kl cm -1 H s lambda-kép σ  lch quân phương không th nguyên ∆u(i) cm -1 Sai s ca phép o th i C 6 , C 8 , C 10 cm -1 (Å) 6 cm -1 (Å) 8 cm -1 (Å) 10 Các h s tán sc ix U ∞ cm -1 Giá tr th năng  gii hn phân li ( R → ∞) R min , R max Å Khong cách hai ht nhân tương ng vi im quay u trái và phi RKR cm -1 Th năng RKR (do Rydberg, Klein và Rees  xut) WKB Gn úng chun c in (do Wentzel, Brillouin and Keller  xut) x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG SỐ LIỆU TT Tên hình Trang 1. Hình 1. Các PEC  trng thái bi ơn ca phân t NaLi ưc tính toán bi Mabrouk [40]. 3 2. Hình 2. Các ưng th năng ca trng thái 4 1 Σ + và 3 1 Π, 4 1 Π, 6 1 Π, 7 1 Π phân t NaLi ưc tính toán lý thuyt (màu xanh) và thc nghim (chm ). 5 3. Hình 1.1. Gin  quy tc Hund (a) cho liên kt gia các mômen góc. 10 4. Hình 1.2. Phân b  cư trú ca các mc dao ng ca phân t 22 5. Hình 1.3. Phân b các mc quay ca HCl  nhit  T =300 K 24 6. Hình 1.4. Tính chn l ca các mc quay ca các trng thái bi ơn 1 Σ + , 1 Σ - , 1 Π. 26 7. Hình 1.5. Dng in hình ca th năng phân t 28 8. Hình 1.6. Mô hình th Morse ca phân t hai nguyên t 34 9. Hình 1.7. S nhiu lon ca các mc quay trong trng thái 1 4 g ∆ ca Li 2 . 44 10. Hình 2.1. Sơ  nguyên lí ca PLS. 53 11. Hình 2.2. S tích lũy (làm nghèo) các mc Zeeman  trng thái trên (trng thái dưi) do bơm quang hc J” = 2 lên J’ = 1. 54 12. Hình 2.3. S ph thuc tit din hp th vào M J i vi các dch chuyn P, Q, R. 55 13. Hình 2.4. Năm sơ  kích thích có th óng góp vào tín hiu ph phân cc 56 14. Hình 2.5. S thay i phân cc ca chùm dò khi chùm bơm phân cc tròn. 59 15. Hình 2.6. S thay i phân cc ca chùm dò khi chùm bơm phân cc thng. 61 [...]... phân tử NaLi ở trạng thái 21Π Chương này trình bày các kết quả thực nghiệm về phổ phân tử NaLi ở trạng thái 21Π Dựa trên số liệu phổ PLS thu được, chúng tôi xác định đặc trưng phổ của trạng thái 21Π theo các mô hình: hằng số phân tử, thế RKR và thế IPA Từ thế IPA, chúng tôi xác định các hàm sóng dao động, từ đó xác định phân bố mật độ cư trú của các mức dao động trong trạng thái 21Π 7 Chương 1 CƠ SỞ LÝ... và phân cực tròn (ở dưới) của chùm bơm khi chùm dò tại 496,5nm, các mức đánh dấu (0,30) ở trạng thái cơ bản của điện tử 29 Hình 3.2 Phân bố trường số liệu tương ứng với số lượng tử dao động v và số lượng tử quay J của NaLi ở trạng thái 21Π 82 30 Hình 3.3 Một đoạn phổ PLS của NaLi ở trạng thái 21Π được dò tại số sóng 15594.71 cm-1 ứng với mức đánh dấu (0, 9) 31 Hình 3.4 Một đoạn phổ PLS của NaLi ở trạng. .. năng của NaLi ở trạng thái 21Π theo phương 93 pháp IPA 35 Hình 3.8 Thế IPA của NaLi ở trạng thái 21Π 96 36 Hình 3.9 Phần hàng rào thế của thế IPA của NaLi ở trạng thái 21Π 97 37 Hình 3.10 Thế hiệu dụng của NaLi ở trạng thái 21Π ở các trạng 97 thái quay J’ = 1, 30, 45 và 57 38 Hình 3.11 Đường thế năng của NaLi ở trạng thái 21Π được xác 99 định bằng phương pháp IPA ( đường xanh nước biển) và tính toán lý... nguyên tử Trong một số trường hợp, để xác định chính xác đường thế năng này ta phải tính thêm nhiễu loạn phổ hay sự phá vỡ gần đúng BO Chương 2 Phổ đánh dấu phân cực của NaLi Chương này trình bày các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật PLS và áp dụng để đo phổ của NaLi ở trạng thái 21Π Từ số liệu thực nghiệm, chúng tôi trình bày quy trình định cỡ phổ PLS và ước lượng sai số Chương 3 Xác định thế năng của phân. .. mức đánh dấu (ν, J) tương ứng 73 8 Bảng 3.1 Hằng số phân tử của NaLi ở trạng thái 21Π 85 9 Bảng 3.2 Các hằng số phân tử của phân tử NaLi ở trạng thái 21Π 88 bằng thực nghiệm và lý thuyết 10 Bảng 3.3 Thế RKR của NaLi ở trạng thái 21Π 90 11 Bảng 3.4: Thế năng IPA và hệ số lambda kép q của NaLi ở trạng thái 94 21П xiii TỔNG QUAN Hiện nay, phân tử là đối tượng thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu không chỉ... thống đo phổ bằng kĩ thuật PLS đang được xây dựng ở Trường Đại học Vinh Đây là điều hết sức thuận lợi trong việc triển khai các nghiên cứu thực nghiệm về phổ phân tử ở trạng thái khí trong tương lai Trước các thuận lợi và tính cấp thiết của vấn đề được đề cập trên đây, chúng tôi chọn Xác định thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 21Π dựa trên số liệu phổ đánh dấu phân cực làm đề tài nghiên cứu của mình... trạng thái 21Π được dò tại số sóng 15083.76 cm-1 ứng với mức đánh dấu (0, 5) Dải phổ dao xi 82 động kết thúc ở mức v’ = 16 Phần phóng to (góc trên bên phải) là 82 hình ảnh các vạch phổ P, Q và R của mức dao động v’ = 16 32 Hình 3.5 Minh họa cách tính năng lượng phân li của trạng thái 21Π 86 33 Hình 3.6 Thế RKR của NaLi ở trạng thái 21Π 91 34 Hình 3.7 Chu trình tìm thế năng của NaLi ở trạng thái 21Π theo... quang phổ (tương ứng với các trị riêng năng lượng của phân tử) ta đi tìm thế thế năng của phân tử thỏa mãn phương trình (1.20) Vì vậy, đường thế năng thực nghiệm ngoài việc cho biết cấu trúc phổ của trạng thái phân tử thì còn được sử dụng làm tiêu chí để đánh giá độ tin cậy của phương pháp tính toán lý thuyết thế năng tương tác 1.3 Phổ của phân tử hai nguyên tử 1.3.1 Phần tử mômen lưỡng cực điện của. .. Phần hàng rào thế của thế năng IPA (đường màu xanh) 100 và thế năng được tính toán lý thuyết [40] (đường màu đỏ) 40 Hình 3.13 Phân bố mật độ cư trú của một số mức dao động ở trạng 101 thái 21Π 41 Hình 3.14 Phân bố mật độ cư trú trên giản đồ thế năng của một số mức dao động ở trạng thái 21Π của NaLi xii 102 TT Bảng biểu Trang 1 Bảng 1.1 Mối tương quan giữa các trạng thái phân tử và nguyên tử 11 2 Bảng... vụ quan trọng của nghiên cứu phổ thực nghiệm là mô tả được chính xác đặc trưng phổ của phân tử dựa trên hàng trăm (thậm chí hàng nghìn) vạch phổ Trong phổ học phân tử hai nguyên tử, mỗi trạng thái điện tử được đặc trưng bởi một đường thế năng tương tác giữa hai nguyên tử Khi biết được tập hợp các đường thế năng này thì tần số, cường độ phổ của các dịch chuyển giữa các trạng thái điện tử (bao gồm cả