Phát xạ sóng hài thông tin cấu trúc phân tử HCN

Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỘC sư PHẠM THÀNH PHÓ HỒ CHÍ LỜI CẢM ƠN MINH KHOÀ VẬT LÝ anPoa Để hoàn thành khóa học luận văn tốt nghiệp này, nhận KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP động viên, giúp đỡ hỗ trợ nhiệt tình từ cha mẹ, gia đình, thầy cô, nhà trường, người thân bạn bè Thông qua luận văn tốt nghiệp, xin gửi lời cảm on chân thành đến tất người Tôi gửi lời cảm tạ chân thành đến Cha Mẹ tôi, người bên đem lại nguồn sức mạnh giúp nỗ lực Tôi xin đồng gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến thầy Lê Văn Hoàng giáo viên hướng dẫn trực tiếp- người thầy tận tình giúp đỡ hướng dẫn, định hướng cho suốt trình nghiên cứu hoàn chỉnh luận văn thầy Nguyễn Ngọc Ty - giảng viên khoa Vật Lý Đại học Sư Phạm TP HCM - người thầy dẫn giúp giải khó khăn thời gian thực luận văn Cùng bạn đồng khóa, xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô thuộc khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm TP.HCM suốt khóa học truyền Tp Hồdẫn: Chí Minh, ngàyLê24 tháng năm Giảng viên hướng TSKH Văn 04 Hoàng Sinh viên thực hiện: Đặng2009 Hoàng Thủy Tiên Đặng Hoàng Thủy Tiên Khóa học 31 (2005 -2009) Tháng 04/2009,Thành phố Hồ Chí Minh SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng LỜI MỞ ĐẦU hoa học kỹ thuật phát triển, người ngày cần tìm hiểu K trình xảy nhanh chóng tự nhiên, ví dụ chuyển động electron quanh hạt nhân, thời gian sống hạt bản, phản ứng hóa học, sinh học khoảng thời gian femto giây nhỏ Từ nảy sinh nhu cầu nghiên cứu giải đáp bí ẩn LASER [1] loại tia sáng đặc biệt Dựa đặc tính LASER: photon phát mang lượng hự , ánh sáng đơn sắc; photon đồng pha tạo chùm ánh sáng kết hợp, giúp cho LASER gây SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng quan trọng, từ chỗ người chưa biết, đến ước mơ điều chỉnh, can thiệp vào trình trung gian phản ứng hóa học điều thành thực với thành tựu nghiên cứu bước đầu công bố vào năm 2004 [11], nghiên cứu giáo sư Cokum-Canada Với mong muốn nghiên cứu lĩnh vực vật lý tìm hiểu ứng dụng thực tế, tác giả chọn đề tài ‘THÁT XẠ SÓNG HÀI VÀ THÔNG TIN CẤU TRÚC PHÂN TỬ HCN” làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Luận văn nhằm kiểm chứng nhận dịnh sóng hài có chứa thông tin phân tử, tìm hiểu thông tin cấu trúc HCN thông qua sóng hài thu Trong trình thực luận văn tác giả nhận nhiều điều bổ ích thông qua việc tìm hiểu kiến thức mới, học hỏi không đủ việc tìm tòi bắt kịp phát triển thời đại nhu cầu Chính thế, thông qua luận văn tốt nghiệp tác giả mong muốn “món quà” gửi đến bạn đọc yêu thích Vật lý nói chung sinh viên khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm TPHCM nói riêng hiểu biết sơ khởi lĩnh vực mẻ, hấp dẫn đầy triển vọng Vật lý học Hướng đến mục tiêu tác giả chủ trương trình bày nội dung luận văn cách xúc tích, đơn giản cho bạn đọc có kiến thức vật lý đại cương hiểu Mục tiêu đòi hỏi tác SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên giả Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng đĩa CD, máy quét mã vạch siêu thị, máy in LASER văn phòng đến phẫu thuật LASER y khoa ứng dụng thông tin liên lạc, quân nghiên cứu khoa học Tuy nhiên, lâu quen với việc sử dụng ứng dụng khoa học công nghệ đưa vào thực tế tìm hiểu chúng Trong phần thứ mục tác giả dành đôi trang giới thiệu nét LASER bao gồm lịch sử phát minh LASER, phận cấu tạo nguyên tắc hoạt động LASER giúp người đọc hiểu thêm thành tựu khoa học Phát minh LASER phát minh tình cờ hai nhà khoa học Charles Hard Townes Arthur Leonard Schawlow tìm cách chế tạo công cụ để giúp họ nghiên cứu cấu trúc phân tử, không nghĩ chế tạo thiết bị cách mạng hóa nhiều lĩnh vực đời sống, từ công nghệ thông tin đến y khoa, từ dân đến quân Việc phát minh LASER công trình nhiều nhà khoa học Tuy nhiên, phần lịch sử, tác giả tóm tắt trình phát minh LASER thông qua hoạt động hai nhà khoa học Townes Schawlow, hai người coi cha đẻ LASER (mặc dù người chế tạo LASER Theodore Harold Maiman) giới thiệu tiểu sử vắn tắt hai nhà khoa học Để người đọc có nhìn tổng quát trước nghiên cứu chi tiết LASER, tác giả trình bày sơ lược cấu tạo nguyên tắc hoạt động LASER Nguyên tắc SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Chính lý đó, tác giả không trình bày ứng dụng LASER, ứng dụng LASER đa dạng đời sống tìm hiểu ứng dụng việc lý thú Nghiên cứu sâu co sở kỹ thuật LASER một đề tài đáng quan tâm, nhiên việc không phù hợp với mục tiêu luận văn Bạn đọc muốn tham khảo thêm sở kỹ thuật LASER tìm đọc sách “Cơ sở kỹ thuật LASER” (Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển - NXBGD) [2] Ngoài ra, phần thứ hai mục thứ này, tác giả đề cập đến huớng phát triển -LASER siêu ngắn Quá trình rút ngắn chiều dài xung LASER đuợc tác giả trình bày theo tiến trình thời gian Kể từ thiết bị LASER đuợc phát minh Maiman vào năm 1960, tiến triển công nghệ LASER đạt chuyển biến to lớn Cường độ chùm LASER tăng lên nhiều lần, độ dài xung LASER giảm đáng kể Trong năm 1990, Zewail et al [12] tạo xung LASER ngắn vào cỡ femto giây, điều có ý nghĩa việc chụp ảnh nhanh phản ứng hóa học thực Nó mở lĩnh vực gọi femtochemistry (hóa học thang thời gian femto giây 10~15s) Nỗ lực rút ngắn chiều dài xung LASER tiếp diễn Trong năm gần hai nhà nghiên cứu người Canada tiến sĩ Bandrauk Corkum tạo nên cách mạng SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng chế giúp tạo xung cực ngắn cho LASER có độ dài xung ngắn, cường độ cao tương tác với phân tử Để bạn đọc hiểu chế này, khuôn khổ luận văn, tác giả trình bày cách dễ hiểu mô hình tương tác LASER - phân tử (có minh họa hình ảnh) theo mô hình ba bước Lewenstein [10] không sâu vào sở lý thuyết Các bước mô tả chi tiết mục 1.4.3 Cơ chế tương tác LASER siêu ngắn-phân tử phát xạ sóng hài Sự tương tác LASER với nguyên tử phi tuyến, nghĩa nguyên tử phản ứng khác cường độ LASER khác Khi trường LASER yếu so với trường Coulomb nguyên tử LASER khuấy nhiễu nhẹ trạng thái nguyên tử ion hóa xảy theo chế đa photon, nghĩa nguyên tử hấp thụ liên tiếp nhiều photon để chuyển lên trạng thái kích thích Khi trường LASER mạnh so với trường Coulomb (cường độ LASER khoảng 1014w/cm2) ion hóa xảy theo chế xuyên hầm, tức electron xuyên hầm qua hàng rào tạo Coulomb nguyên tử trường LASER để vùng phổ liên tục Neu trường LASER mạnh so với trường Coulomb đỉnh rào trở nên thấp electron Do đó, electron vượt qua rào vào vùng liên tục - ion hóa vượt rào Tóm lại qua phần thứ I này, nguời đọc có hiểu biết tổng quát LASER tiến trình phát triển từ lúc đời đến nay, hiểu chế phát xạ sóng hài bậc cao, thấy vai trò xung LASER siêu ngắn bước SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng nguyên tử phân tử HCN trình bày luận văn thạc sĩ tác giả Nguyễn Đăng Khoa [4] Ở đây, tác giả sâu tìm hiểu trình chuyển đổi đồng phân HCN/HNC thông qua việc khảo sát mặt phẳng (Potential Energy Surface-viết tắt PES) Để thực điều tác giả thiết lập mô hình tưong tác LASER-phân tử máy tính Trong luận văn, tác giả sử dụng Source code nhóm nghiên cứu TSKH Lê Văn Hoàng viết lập trình FORTRAN đề tính toán sóng hài LASER tương tác với HOMO phân tử dựa mô hình Lewenstein Từ đó, tác giả sử dụng số liệu thu vẽ phụ thuộc cường độ sóng hài theo góc định phương Ngoài sử dụng chương trình GAUSIAN để tính mặt (PES) phân tử HCN Trong luận văn tác giả sử dụng phần mềm Origin 6.1 để vẽ, dựa điểm cực trị mặt năng, tác giả xác định đồng phân HCN/HNC trạng thái chuyển tiếp So sánh với kết thực nghiệm khẳng định GAUSIAN cho kết lý thuyết phù họp Phân tử chuyển đổi từ đồng phân sang đồng phân khác nào? Câu hỏi tác giả nghiên cứu mục III “Phát xạ sóng hài nghiên cứu động học phân tử HCN” (Molecular Dynamics- viết tắt MD) Các nghiên cứu gần SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng phân HCN/HNC mô máy tính Thực điều này, hy vọng HHG giúp tìm hiểu dạng phân tử phức tạp Đó nội dung tác giả trình bày luận văn Trong khuôn khổ luận văn tác giả trình bày nét yếu vấn đề Mong bạn có nhìn khái quát kiến thức sơ lĩnh vực để tiếp tục nghiên cứu tương lai Tác giả mong nhận góp ý xây dựng bạn để luận văn hoàn thiện Hy vọng luận văn tài liệu hữu ích cho bạn việc học tập SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Muc I LƯỢC SỬ LASER Cơ CHÉ PHÁT XẠ SÓNG HÀI Trong chương tác giả giới thiệu nét LASER bao gồm lịch sử phát minh, phận cấu tạo nguyên tắc hoạt động LASER Đồng thời tác giả giới thiệu nồ lực nhằm rút ngắn độ dài xung LASER I.l LƯỢC SỬ LASER Ngày thiết bị sử dụng LASER diện nhiều nơi, khách quan mà nói, hiểu hạn chế LASER từ viết tắt cụm từ tiếng Anh Light Ampliýỉcation hy Stimulated Emission of Radiation nghĩa khuếch đại ánh sáng xạ cưỡng Vậy LASER ? Những thông tin thú vị LASER: Ngày nay, LASER trở thành ngành công nghiệp thu hút hàng triệu đôla Những ứng dụng thông thường LASER dễ dàng nhìn thấy thiết bị quang siêu thị máy đọc đĩa CD, DVD Không SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng lĩnh vực khoa học, đặt biệt phổ học Vào năm 1960, LASER thực nghiệm giới thực Theodore Harold Maiman phòng thí nghiệm Hughes Malibu, bang Caliíòmia Tuy nhiên, hai nhà vật lý Charles Hard Townes Arthur Leonard Schawlow coi “cha đẻ” Quá trình tạo nên LASER đề cập đến vào năm 1917, báo cáo Zur Quantentheorie der Strahlung Albert Einstein, ông nghiên cứu trình tương tác ánh sáng vật chất cho hạt phát xạ cách ngẫu nhiên mà phát xạ tác động bên Ông đề Huth 1.1.1 ỉheoàore Haroỉd Maiman cập đến giả thuyết: Nếu chiếu nguyên tử sóng điện từ, xảy xạ “được kích hoạt” trở thành chùm tia hoàn toàn đơn sắc, tất photon (quang tử) phát có bước sóng Đó ý tưởng khoa học chưa có chứng minh nên lý thuyết gần bị lãng quên nhiều năm Năm 1928, Rudolph w Landenburg chứng thực tồn phát xạ kích thích độ hấp thụ âm Sau đó, năm 1939, Valentin A Fabrikant tiên đoán ứng dụng thực phát xạ kích thích để khuếch đại vài sóng ngắn Mãi sau Đại học Colombia Charles Hard Townes nghiên cứu khả sử dụng xạ cưỡng cho phổ học phân tử Do trình độ kỹ thuật chưa cho phép chế tạo thiết bị đủ nhỏ để phát sóng ngắn, Townes nảy ý tưởng sử SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp Light Ampliíĩcation by Stimulated Emission of GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng LASER Khuyếch đại ánh sáng xạ cưỡng Phân tò Radiation Molecule Molecular Dynamics Molecular Orbital Microwave Ampliíication by Stimulated Emission of Radiation Multiphoton ionization SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên MD phân tử MO tử Động học Orbital phân MASER Sự khuyếch đại sóng vô tuyến xạ cưỡng Sự ion hóa đa photon Sự tối ưu hoá Song song Vuông góc Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng PHỤ LỤC HƯỚNG DẴN SỬ DỤNG CÁC CHƯƠNG TRÌNH KHẢO SÁT PHÂN TỬ HCN GAUSSIAN 03 Là gói chương trình có khả giúp dự đoán nhiều thuộc tính nguyên tử, phân tử, hệ phản ứng, bao gồm : • Năng lượng cấu trúc phân tử trạng thái chuyển tiếp • Nhánh liên kết lượng tương tác • Các orbital phân tử • Mômen đa cực • Điện tích tĩnh diện nguyên tử • Tần số dao động • Phổ IR Raman • Quá trinh phản ứng • Các thuộc tính nhiệt hóa học khác Việc chạy chương trình Gaussian gồm bước sau: V Cài đặt chương trình vào máy tính V Chuẩn bị fíle input V Chạy chương trình SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Bước 1: Cài đăt chương trình Hướng dẫn thừa nhận việc bạn cài đặt chương trình máy tính bạn Chỉ dẫn cho việc cài đặt nằm gói chương trình Bước 2: Chuẩn bị fíle ỉnput Một file input hoàn chỉnh có dạng sau, phần tách dòng trắng bạn phải ý nguyên tắc Chúng ta giải thích số thông fíle %chk=HCN.chk Title Tên Card (dòng trắng) Required 01 Số điện tích (phân tử trung hòa nên điện tích 0) số II chì Spin c H BI N B2 AI Bước 3: Chạy chương trình Gaussian: Khởi động Gaussian: ■ Cách 1: Nhấp chuột vào biểu tượng shortcut chương trình ■ Cách 2: Start -> Programs -> Gaussian 03W-> Gaussian 03w SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Bây cửa sổ chương trình mở ra: Editicons Output íilename Status line Trước chạy Gaussian job, bạn phải cung cấp file input Vào menu File để tạo fíle input xác định fĩle sẵn có Để tiện trình làm việc lưu trữ, dùng file input thiết lập từ bên đưa vào chương SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Ta chỉnh sửa liệu vùng cấu trúc phân tử Chú ý việc chọn nguyên tử làm gốc dẫn đến xác định giá trị đại số liệu.Sau hoàn tất fíle input, ta tiếp tục chạy chuơng trình tính toán Gaussian cách nhấp vào nút RUN Chuơng trình mở hộp thoại Enter Job OUTPUT Filename Ta chọn nơi lim file đặt tên cho file Output Nhấn nút Save Chuơng trình bắt đầu làm việc, đến Run progress báo Progressing Complete tức chuơng trình chạy xong Mở fĩle out để xem kết tính toán từ chuơng trình Bước 4: Kiểm tra đọc kết fíle out SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng GAUSSVIEW Gaussview chương trình tạo nhằm minh họa kết tính toán từ Gaussian hình vẽ thông số tính toán điện tích, khoảng cách nguyên tử, tần số dao động Đặc biệt hình ảnh orbital nguyên tử (AO), orbital phân tử (MO) Sau hướng dẫn cách sơ lược cách sử dụng Gaussview để thiết lập nhanh thông số tính toán từ Gaussian Trong Gaussian, thiết lập cấu trúc giả định ban đầu cho phân tử khó khăn phải tuân thủ nguyên tắc ghi số liệu giả định chương Để khắc phục khó khăn này, ta thiết lập cấu trúc phân tử giả định Gaussview Trong tương tác laser phân tử tương tác laser orbital có chứa điện tử có lượng cao (Highest Occupied Molecular Orbital _viết tắt HOMO) chủ yếu Vì việc khảo sát HOMO điều quan trọng GaussView giúp ta hiển thị hình ảnh HOMO Ở đây, hướng dẫn bạn chạy Gassview tìm HOMO HCN Khỏi động Gaussview: SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Hoặc Cick chuột vào shortcut chương trình Giao diện Gaussview bao gồm nhiều cửa sổ, thẽm vào nhiều hộp thoại xuất trình làm việc Thiết lập cấu trúc giả định HCN Cách 1: Đối với cấu trúc phân tử thông thường, chương trình thiết Sau Click íormyl vào button hiển thị cửa sổ sau: Ta thiết lập cấu trúc giả định phân tử HCN, chọn cyano, sau nhấp vào hình cửa sổ màu tím ta tìm thấy phân tử HCN giả định từ chương trình.Cách Tuy2:nhiên trường họp phân có sẵn Tùy vào loại phân tử ta lấytử sẵnkhông mẫu đượctrong cung chương cấp sẵn trình ta thiết lập cấu trúc phân tử theo cách sau Nhấp chọn Element Fragment (Biểu tượng chữ c góc trái hình) SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Xuất hộp thoại Select Element, giúp người dùng thiết lập cấu trúc phân tử cần khảo sát Lưu ý chọn thành phần, người dùng phải click vào cửa sổ màu tím để xác nhận thành phần chọn, chọn sang thành phần khác Khi thiết lập xong, cửa sổ màu tím ta có cấu trúc giả định Ngoài ta thay đổi trực tiếp góc liên kết nguyên tử cách click vào biểu tượng ^ góc liên kết thay đổi khoảng 0° đến 180° Bên cạnh chương trình cung cấp cho người dùng phân tử có cấu trúc phân tử dạng vòng benzen cung cấp cấu trúc giả định chương trình Sau thiết lập xong cấu trúc giả định, ta bắt đầu chạy chương trình SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Màn hình hiển thị cửa sổ giúp ta lựa chọn cách tính toán Gaussian Trong Job Tvpe ta chọn Optimization để chương trình tính toán lại cấu trúc họp lý HCN Sau chọn Method để chọn phương pháp tính toán basic set (bộ hàm sở) Tùy thuộc vào mục đích tính toán mà ta sử dụng phương pháp tính riêng, giới hạn luận văn giới thiệu cách sử dụng Gaussview việc Sau chạy chương trình tính toán Gaussian, cách nhấn nút SubmiL lúc chương trình hỏi ta có save lại thông số nhập vào không, ta chọn save Giả sử file save đặt tên HCN.gif, sau nhấn Ok thấy cửa sổ sau: SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên í u văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng olecular orbitali •: entLuận 5■ _ (SG (SG CS (PI) (PI )— - 0.40406 )— - 0.38784 G) -0.38784 O ) GENVALUES -0.94824 — 0.77313 -0.17659 0.17977 0.0 0 1S c 678 000 00 0.2 0.1 0.0 0.0 23 2PX 2S 738 637 000 00 0.0 -0.15844 0.0 0.4 000 000 000 000 28 2PY 0.0 0.0 0.4 000 000 000 286 00 2PZ -0.43775 0.1 0.23912 0 dẫn sau: C:\G03W\Scartch\tenfile.chk Sau mở file000 theo đường 840 00 -0.12081 0.1 0.27551 0.0 67 3PX FORTRAN 927 000 00 0.0 0.0 0.1 000 97thêm cửa sổ nhỏ (màu tím) cấu trúc 0.0Khi 0.0 0.0 0.1 0hiện0.0 3PY -0.11531 000 000 000 GaussView xuất 000 000 000 977 00 -0.05522 0.2 Ỏ TÁC OLASER-PHÂN 3PZ 0.0 O t t ù C ĐO HHGO.ODOCOO DO TƯƠNG TỬ 997 000 00 -1.5727CỘ 0.0 -0.00402 0.0 0.0 10 45 60 O.OODOOC 347 562 000 00 0.0 0.0 0.0 0 11 4PX phân tử sau tính000 toán từ0.0 Gaussian Lúc này, ta đóng cửa sổ tím ban đầu 000 000 000 02 0.0 0.0 0.0 0.0 12 4PY 000 000 288 00 0.0 -0.00048 0.0 0.0 0.0 13 4PZ -0.01553 000 199 000 00 0.0 0.0 0.0 0.0 14 5XX -0.01553 095 003 034 000 00 giả định phân tử 0.0 0.0 chứa 0.0 cấu trúc 0.0 15 5YY 003 034 000 00 0 0.0 0.0 16 5ZZ 012 017 231 000 00 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 17 5XY 000 000 000 00 toán ta click vào Results -> View File 0.0 0.0 0.lại kết000 0.0 0.0 18 FXZ Đẻ xem tính 000 000 000 000 25thay đổi tuần hoàn theo thời gian, vòng 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 19 5YZ Ta 000 biết cường độ LASER 000 254 00 0.0 0.4 0.0 0.0 20 iH5 -0.14758 000 904 Tiếp 277 04 000 00kết tính toán để tìm orbital 0.0 0.0 0.0 21 25 theo ta tiếp000 tục dùng 587 853 00 xung, thời điểm LASER 0.0 0.0 0 0.0 3PX 22 tuần hoàn ta gọi xung Trong 000 000 000 000 21 23 5PY 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 000 000 000 214 00 24 3PZ 0.0 0 0.hai cách tìm orbital phân tử: phân tử HCN Có 079 -0.11896 04 007 000 00 0.0 0.0 0.0 25 XS N -0.18190 đạt 739 000 00 -0.13765 0.3 0.2 0 26 25 636 520 00 27 2PX 0.0 0.0 Cách 0.0 0.0 1: Vào000 Edit -ỳ0.4 MOs (viết tắt từ Molecule Orbital) 000 000 000 000 57 2PY 0.0 0.0 0.4 28 cực đại000 gọi cường độ0.0 đỉnh 000 độ000 576 00 29 2PZ -0.20608 cường 0.0 0.5 0.0 492 2: Click 183 00 -0.027 0.4 32395Cách 0.5 trực000 0.biểu tượng I công cụ Cả hai cách 30 35 tiếp vào0.2 452 000 00 31 3PX 0.0 0.0 0.0 000 000 000 000 36 0.0 0.0 0 32 3PY 000 000 236 00 33 3PZ -0.07406 000 0.1 0.0 736 000 00 -0.04252 - 0.10894 043 0 đề 34 45 li 091 000 00 35 4PX 0.0 0.0 0.0 0.0 000 000 000 000 23 0.0 0.0 0.0 0.ra cửa sổ: 36 000 000 000 235 00 37 4PY 4PZ 0.0 0.0 0.0 0 335 288 000 00 38 XX -0.01829 041 0 0 008 004 000 00 39 5YY -0.01829 0.0 0.0 0.Orbital Coefficients” Chọn047 phần “Molecular 086 000 00 40 5ZZ File 2: *.molecule -0.03928 0.0 0 013 183 000 00 0.0 0.0 0 tác ta phải xét đến yếu tố sau xung 41 5XY Khi dùng xung LASER tương 000 000 000 000 00 42 5XZ 0.0 0.0 -0 000 03340 000 000 000 43 5YZ 0.0 -0 0.0 03340 000 000 000 00 10 LASER: (PI) (PI) (SG CS (PI — — )— G) )-GENVALUES-0.00967 — - 0.00967 0.0 0.0 0.0 084 495 ❖ Cường 68độ đỉnh ❖ Độ dài xung ❖ Tần số ❖ Pha Ở đây, ta chọn xung Laser có: Cường độ đỉnh: 2.1014 w/cm2, độ dài xung: 30 fs, tần số: co có lượng 1,551 eV, bước sóng: À-=800 nm, pha: (p=0 • Bước 1: Chạy get_wf_xie-modify02.f Source Code viết chương GaussView giúp ta hiển thị hình ảnh HOMO cách chọn trìnhmục FORTRAN dochọn nhómHOMO, nghiên chọn cứu TSKH Văn Hoàng Trong Add Type OrbitalLêcần tính xong viết ta click vào biểu BI tượng Chuẩn , chờbịmột Filevài Input: giâysẽ thấy hình ảnh HOMO cần vẽ phân tử HCN Để chạy get_wf_xie-modify02.f ta cần hai file input: file chứa thông sau: tin orbital nguyên tử (*.atom) fĩle chứa thông tin orbital phân tử (*.molecule) Hai fíle có từAlpha file *.out chạy-chương trình •Gaussian MOkhi I (MO 6] Iiovalue 02) SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên B Omega-new - WordPad Ị dít View InsertHelp Format & y #4 % (1 >0 % (10 1.551(10 2.(10 0.0(10 Ịlaser: total (ỉuration (in 13.9(10 cycles),E10(10A14),omega(eV),p Luận văn tôt nghiệp hase(pi) GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng ! HCN ionization potential (in eV) of the target Ta nhấn nút sau: B2 Quy định giá trị số thông tin sang ngôn ngữ máy ♦> Complie: đểtham chuyển Mở file: dipole.h filekhông quy giá trịmàn hình VD:tin ■ Neu có định lỗi: phía cósố thông Pi=3.141592654 sau: B3 ■ Chạy Neuget_wf_CHN.f có lỗi: máy báo sau có dẫn đến vị trí có lỗi, Trong ta kiểm tra thông tin NAB, NSHELL phù họp với thông tin nhờ fĩle (trong *.molecule dấu trên) ta sửa lỗitrong dễ dàng VD: (các thông tin đánh máy báo lỗiphần dòng open (1 ,file="coe.MOLECULE") ♦> Built: kiểm tra cấu trúc thông tin ❖ Execute Program: chạy HOMO SỐ thông tin phân tử Compaq Visual Fortran • [get_wf_CHN.f] (trong Filecó xuất dạngtin input.wf VD 19 có thông phân tử 1, có • Bước 2: Chạy LewMol_2.2.f, source code viết File Ẹát View Ịnsert Proịect Build Tools Wir thông tin phân tử 2, có FORTRAN sử dụng mô hình Lewenstein để tính toán HHG phát phân tử, \®ề& ! l ỉ p M / 4611, Orbital, nguyên tử tương tác với laser cường độ mạnh ShellS,SheỉlP,ShellX âOrb, Orbl, 0rb2, Ảtom ẢtũiOrbital.V BI Chuẩn bị File input: jr*l w Khi chạy LewMol cần fíle sau: omega-new.in chứa thông tin laser sử dụng: (có số) ĩgầllMllllllllBIIBIIBIIBIIBllHlhllllU c* To get the HOMO orbital fro» Gaussic c* Pop=Reg ==>HOMO■ 4.HOMO-3 Số thứ bộiSÔ số chu elctron kì, sau n chu kì, taphân có xung H0H0-2, hvcủa lóp QHHHIIIIHHHHilMHlHHHi tử(trong il I open(l,file=- VD phân tử có lóp, phân tử coe.MOIECULE‘ có 30fs ) c* ■ Số thứ hai(x 1014) cường độ đỉnh ■ Số thứ ba: tần số omega (eV) ■ Số thứ tư pha (pi) ■ Số thứ năm ion hóa SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng File Rỉnĩo.inp để kiểm tra xem thông tin có giống file *.gif Guassian không? HAtom Units(Bohr=l ỉt Ams=2) 32 Symbol X Y z (Positions of the atoms) c 0 H 0.0 0.569230431620251 H 0 -1.13627004623413 KeyHHG, KeyAvrPhi, KeyPlot, KeyDip 10 xMin, xllax, yMin, yilax, zMin, zlíax -4 -5 -6 xcut,ycut, zcut 0.5 0 • NAtom: số nguyên tử phân tử (trong ví dụ ta thấy có nguyên tử) • Units: đon vị dùng, đon vị Bohr ghi số 1, đơn vị Ams ghi số (trong ví dụ ta chọn đơn vị Ams nên ghi số 2) Dòng tọa độ nguyên tử, đuợc rút từ file *.gif • • Dòng tiếp đại luợng mà LewMol_2.2.f tính, ta tính ghi 1, không tính ghi Orient.in chứa thông tin góc hợp vectơ phân cực laser trục phân tử B2 Chạy LewMol_2.2.f Sau chuẩn bị sẵn sàng file input, làm buớc tuơng tự nhu chạy file: get_wf_CHN.f cho kết file hhg.dat, fíle kết có cột: cột bậc HHG, cột giá trị bình phuơng dipole theo phuơng song song, cột giá trị log10 dipole theo phương song song, cột giá trị SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Tuy nhiên, bậc HHG lẻ, khó sử dụng, ta sử dụng hhg-average-newH.f để tính gần bậc HHG • Bước 3: Chạy hhg-average-newH.f ĩ hhg-power - Notepad File Edit Format View Help 0.13166517E- 0.1374 Q3 5176E-03 0.20949089E- 0.170704 Q4 56E-02 0.2909923ŨE 0.18233390E1 -06 03 0.40886784E- 0.10049917E13 07 03 15 0.15156784E- 17 07 94626241E19 0.1838Q676E 04 -Q7 0.27883658E1 0.86819477E- 03 23 08 0.24661516E25 0.64832877E- 03 27 08 0.31439929E- 0.52 574218E-Q2 0.18540514E02 0.83619113E06 Q.66583037E -07 0.68581070E07 0.98749068E07 0.41894920E07 0.1044 5913E-Q7 0.26221142E01 334643 58E-01 0.27671644E03 0.1096153 5E-03 0.55750150E03 0.13423942E02 0.10000828E02 0.51675230E03 Ket có cột tương tự fĩle hhg.dat: cột bậc HHG, cột giá trị bình phương dipole theo phương song song, cột giá trị log10 dipole theo phương song song, cột giá trị bình phương dipole SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Trần Trác, Diệp Ngọc Anh, Quang học, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2005 [2] Trần Đức Hân, Nguyễn Minh Hiển, Cơ sở kỹ thuật LASER, Nhà xuất Giáo dục, 2005 [3] Nguyễn Ngọc Ty, Nguyễn Đăng Khoa, Lê Văn Hoàng Thông tin động cấu trúc phân tử C2H2sóng hài bậc cao sử dụng xung LASER siêu ngắn Tạp chí KH (ĐH Sư Phạm TP HCM), Khoa học tự nhiên, số 12, tr 119-130 [4] Nguyễn Đăng Khoa Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Khoa học tự nhiên TP Hồ Chí Minh, 2008 [5] Nguyễn Đông Hải khóa luận tốt nghiệp LASER siêu ngắn ứng dụng chụp ảnh phân tử, trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh 2006 [6] James B Foresman, TEleen Frisch, Exploring Chemistry with electronỉc Structure Methods, 2nd edition, Gaussian Inc., Pittsburgh, PA [7] Nguyên Ngoe Ty, Le Van Hoang, Le Anh Thu, Chii-Dong Lin, Tracking HCN/HNC Isomerizing Process by UltraShort Intense LASER, 2009 SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng [11] Anh Thu Le, R Della Picca, p D Fainstein, D A Telnov, M Lein Theory of high-order harmonic generatỉon from molecules hy intense LASER puỉse 2008 [12] Zewail A H (2000) J Phys Chem A Vol.104, p 5660 [13] Itatani et al (2004), Nature, Vol 432 [14] J Itatani, J Levesque Hiromichi Nikura, H.Pépin, P.B Corkum D.M SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên [...]... mà trước nay chưa từng đạt được, trong đó có việc chụp ảnh phân tử bằng LASER siêu ngắn Sử dụng một xung LASER siêu ngắn chiếu vào phân tử để kích thích sự phát sóng hài bậc cao của phân tử, các nhà khoa học có thể thu được những thông tin cho phép họ tái tạo cấu trúc phân tử Bằng cách đó, các nhà khoa học đã chụp ảnh được các orbital phân tử khi chúng biến đổi trong các phản ứng hóa học, điều mà trước... được sóng hài do HCN tương tác với LASER Ta thực hiện theo các bước sau: Sử dụng chương trình GAUSSIAN, tính toán các thông tin của phân tử HCN như khoảng cách giữa các nguyên tử, điện tích, các MO và đặc biệt là HOMO Tất cả các thông tin này sẽ chứa trong fíle *.out Bên cạnh đó, GAƯSSIAN còn giúp ta có được các số liệu về cấu trúc năng lượng của phân tử dùng để xác định mặt phẳng thế năng của phân tử. .. niệm cơ bản của vật lý phân tử có liên quan và các bước thiết lập mô hình tương tác của LASER và phân tử HCN và đồng phân của nó là HNC Từ đó ta thấy rằng có thể phân biệt được đồng phân HCN và HNC thông qua việc khảo sát cường độ sóng hài theo góc định phương Đồng thời, tác giả tìm hiểu quá trình chuyển đổi đồng phân HCN/ HNC thông qua việc vẽ mặt phẳng thế năng của phân tử Để thực hiện mục đích đề... nghiệp HCN GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Trạng thái chuyển tiếp HI Hình 2.3.2: HOMO của phân tử HCN- Trạng thái chuyển tiếp-HNC Đồng thời ta tìm được thông tin cấu trúc của HCN và HNC Những thông tin về khoảng cách phân tử đã được tìm hiểu từ các công trình của Nguyễn Đăng Khoa, Nguyễn Đông Hải Ở đây vì không phục vụ cho mục đích luận văn, tác giả Sự nhạy của HHG vói khoảng cách liên kết nguyên tử trong phân tử. .. của phân tử được chọn nghiên cứu trong luận văn hydrogen cyanide HCN Tiếp đến tác giả giới thiệu các bước tiến hành thiết lập mô hình tương tác LASER -phân tử trên máy tình, nhằm thu được thông tin câu trúc phân tử, và tính HHG phát ra trong tương tác tương ứng Cuối SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Tổng quan Hydrogen cyanide Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng HCN g thức phân tử 27.03 g/mol hân tử. .. ngắn là giúp nghiên cứu thông tin cấu trúc của nguyên tử (phân tử) Ở luận văn này tác giả khảo sát SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp 1.3 Cơ CHẾ PHÁT XẠ SÓNG HÀI 1.4.1 Quang học phi tuyến GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng Quang học khảo sát với các nguồn sáng thông thuờng (không phải nguồn LASER) được gọi là quang học tuyến tính Các nguồn sáng thông thường này cho ta các chùm bức xạ với cường độ điện... thu được từ nguyên tử được nghiên cứu và biết được nhờ vào tính đối xứng qua tâm Tuy nhiên, phân tử là hệ không đẳng hướng, và sự sắp xếp hỗn độn của phân tử cản trở các nhà nghiên cứu trong việc tìm hiểu chi tiết về đặc trưng vật lý của HHG phát ra từ phân tử Nhưng gần đây khả năng sắp xếp và định phương phân tử bằng LASER phát triển tạo điều kiện khởi đầu để khám phá HHG từ phân tử, từ những đối xứng... bán Hình 1.2.2 Sự phát xạ tự phát Khi nghiên cứu quá trình tương tác giữa ánh sáng và vật chất, Einstein cho rằng không những các hạt phát xạ một cách ngẫu nhiẽn mà còn có thể phát xạ do tác động của bên ngoài, được gọi là sự phát xạ cưỡng bức (phát xạ kích động) Đó chính là quá trình vật lý cơ bản qui định hoạt động của máy LASER Nó diễn ra khi có sự tương tác giữa photon và nguyên tử bị kích thích... điện tử nhanh, những nguyên tử hoặc phân tử khí trong bình với áp suất thấp (0.01lmmHg) sẽ bị ion hóa hoặc kích thích hóa Người ta quan tâm nhiều tới trường hợp kích thích hóa, khi đó những điện tử của nguyên tử hoặc phân tử được nhận SVTH: Đặng Hoàng Thủy Tiên Luận văn tôt nghiệp GVHD: TSKH Lê Văn Hoàng chính những nguyên tử hoặc phân tử kích thích hóa này sẽ tạo nên nghịch đảo nồng độ và cho bức xạ. .. này, đó là sự phát các sóng hài bậc cao (high order harmonics generation - HHG) và sự tán xạ Raman kích thích từng đợt (cascaded stimulated Raman scattering - CSRS) Trong luận văn tác giả chỉ đề cập đến cơ chế tương tác LASER -phân tử phát xạ sóng hài Trong những năm gần đây hai nhà nghiên cứu người Canada tiến sĩ Bandrauk và Corkum đã tạo nẽn một cuộc cách mạng mới trong khoa học phân tử bằng cách xây ... ‘THÁT XẠ SÓNG HÀI VÀ THÔNG TIN CẤU TRÚC PHÂN TỬ HCN làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp Luận văn nhằm kiểm chứng nhận dịnh sóng hài có chứa thông tin phân tử, tìm hiểu thông tin cấu trúc HCN thông. .. chụp ảnh phân tử LASER siêu ngắn Sử dụng xung LASER siêu ngắn chiếu vào phân tử để kích thích phát sóng hài bậc cao phân tử, nhà khoa học thu thông tin cho phép họ tái tạo cấu trúc phân tử Bằng... LASER với phân tử HCN, ta thiết lập tính toán HOMO phân tử HCN Đe thu sóng hài HCN tương tác với LASER Ta thực theo bước sau: Sử dụng chương trình GAUSSIAN, tính toán thông tin phân tử HCN khoảng