QUAN
Trước hết ta điểm lại một vài khái niệm cơ bản trong vật lý nguyên tử, phân
tử. Ta biết nguyên tử được cấu tạo từ các hạt electron, proton và nơtron. Các proton
và nơtron tạo thành hạt nhân nguyên tử, còn các electron thì chuyển động xung quanh hạt nhân. Trong cơ học lượng tử không tồn tại khái niệm quỹ đạo, việc giải
phương trình Schrodinger cho nguyên tử cho ta hàm sóng ụ/nlm(r,ớ,(p). Bản thân
ụ/nlm(r,0,<p) không có ý nghĩa vật lý, mà chỉ có \y/nlm(r,6,(p)\ chính là xác suất tìm
thấy electron trong không gian nguyên tử. Hàm sóng ụ/nlm mô tả trạng thái của electron trong nguyên tử gọi là orbital nguyên tử (atomic orbital- viết tắc là AO). Cơ học lượng tử không dùng khái niệm quỹ đạo mô tả chuyển động của các electron
mà dùng chính các AO này ứng với các mức năng lượng E để mô tả. Khi electron
chuyển động xung quanh hạt nhân sẽ tạo ra một vùng không gian mà nó có thể có
mặt tại một thời điểm bất kì với xác suất có mặt khác nhau. Khi quan sát mỗi lần
electron xuất hiện ở một vị trí nào đó nếu đánh dấu bằng một chấm thì tập họp các
dấu chấm sẽ tạo thành một “đám mây” với mật độ phân bố không đồng đều ở những
vùng không gian khác nhau. Sự phân bố mật độ xác suất tìm thấy electron
không có
giới hạn rõ ràng xác định, ngay cả khi ở những vị trí rất xa hạt nhân vẫn có mặt hợp với LUMO của một phân tử khác. Điều kiện để sự tổ họp này có thể xảy ra là
năng lượng của chúng gần nhau và quan trọng hơn là có cùng tính đối xứng.
II.2
HYDROGENCYANIDE
Phân tử Hydrogen cyanide HCN tồn tại trong khí quyển và là một trong những đối tượng nghiên cứu rộng rãi, có cấu trúc phân tử khá đơn giản (cấu trúc thẳng). Trong các đám mậy lạnh và đậm đặc người ta còn nhận thấy sự có mặt đồng
phân HNC. Chính những yếu tố trên phân tử HCN phù họp chọn để khảo sát quá
Bảng 2.2.1 Tổng quan về HCN Hình 2.2.1
Phân tử HCN và đồng phân HNC
Hydrogen cyanide (hydro xyanua_ công thức phân tử là HCN) khi tan vào nước tạo thành axit xyanua, không màu hoặc có màu xanh nhạt, có mùi khó
chịu, dễ
độc, hàm lượng cho phép trong không khí 0.0003 mg/1. HCN tan được trong nước và trong ête theo bất cứ tỉ lệ nào, là axit rất yếu
HCN được dùng trong nhiều quá trình tổng họp khác nhau bao gồm trong sản
xuất nylon, các chất tạo phức, hóa dược, trong các ngành hóa học chuyên môn... Các hoạt động sản xuất thải ra HCN như ngành mạ điện, khai thác kim loại, luyện
kim, và các quá trình làm sạch kim loại, sản xuất thuốc trừ sâu và chất diệt nấm mốc. Khi đốt cháy họp chất polyme chứa Nitơ cũng có thể sản sinh ra HCN. Bên
cạnh đó, khí thải xe cộ, khói thuốc lá cũng có chứa HCN.
HCN là thành phần nhỏ trong khí quyển và khi có sự tăng nhiệt cao nhiệt độ
thì một phần chuyển thành đồng phân HNC. Quá trình chuyển đổi đồng phân
này
phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong điều kiện nhiệt độ 2000-3000K thì một tỉ lệ
t ‘
Hình 2.3.1 Sơ đồ tương tác
LASER 800nm, 2.1014 w/cm2, 30 fs
Trong đó k là vectơ phân cực LASER, 6 là góc định phương _ góc giữa trục
phân tử và véc tơ phân cực ĩc của LASER.
Thiết lập mô hình tương tác trên máy tính
Ta đã biết như giả thiết thứ hai của Keldysh, LASER tương tác chủ yếu với
electron ở lớp ngoài cùng (tức HOMO). Vì vậy, thay vì thiết lập quá trình tương tác
giữa LASER với phân tử HCN, ta chỉ thiết lập những tính toán đối với HOMO của
phân tử HCN. Đe thu 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
HCN 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 HCN
Khi lần lượt tăng các khoảng cách và đo sóng hài phát ra. Hình 2.3.3 dưới đây
Theo đó thấy rõ rằng, sự thay đổi khoảng cách C-H trong phân tử HCN không
làm ảnh hưởng đến cường độ sóng hài phát ra.
Ngược lại, sóng hài sẽ thay đổi đáng kể khi khoảng cách C-N thay đổi như
Hình 2.3.4: Cường độ HHG theo bậc khi thay đổi khoảng cách C-N
Ket luận rằng HHG nhạy với khoảng cách C-N. Vì vậy, khi sử dụng sóng hài
để tách thông tin từ phân tử, ta chỉ có thể thu được khoảng cách C-N.
Làm tương tự cho đồng phân HNC ta có cùng kết quả, HHG chỉ nhạy với sự
thay đổi khoảng cách liên kết N - c và hoàn toàn không nhạy với mối liên kết có
Hyđrô (H - N trong phân tử HNC và H - C trong trường họp đồng phân HCN). Điều này ta có thể thấy khi xem HOMO của HNC với sự thay đổi của mối liên kết
Đo HHG
Đầu tiên, ta trích xuất thông tin AO, MO thu đuợc từ fíle out của GAƯSSIAN, cho vào get_wf_xie-modify02.f, đây là một source code đuợc thiết
lật trên lập trình FORTRAN dùng để thu đuợc các thông tin về basis set, các
MO và
đặc biệt là HOMO.
Cuối cùng ta sử dụng LewMol_2.2.f, đây cũng là một source code viết bằng
FORTRAN sử dụng mô hình Leweinstein để tính toán HHG phát ra do phân tử, nguyên tử tuông tác với LASER cuông độ mạnh. Sau đó, ta lấy trung bình kết quả
HHG bằng source code hhg-average-newH.f viết trong chuơng trình FORTRAN.
Các Source Code này đuợc viết bởi nhóm nghiên cứu ĐH Kansas Hoa kỳ và nhóm
ĐH Su Phạm TP HCM.
Khi đã thực hiện thành công ta sẽ tìm được đo được HHG phát ra do
tưong tác
giữa LASER 800nm, 2.1014 w/cm2, 30 fs với phân tử HCN, HNC.
Ở đây, tác giả chỉ đưa kết quả HHG thu được trong trường hợp khi phân tử
HCN được định phưong trong không gian sao cho góc giữa trục phân tử và véc tơ
phân cực k của LASER là 90 độ.
_p U i cs o X X Parallel Perpendicular
Alignment angle 0 (degrees)
Hình 2.3.5: Sự phân bố cường độ LASER theo góc định phương.
CÓ Sự khác nhau về hình dạng đường biểu diễn HHG phát ra đối vói
phân tử
HCN và HNC trong cả trường hợp theo phương song song và theo phương vuông
góc. Ta có thể kết luận rằng sử dụng dấu hiệu sự phân bố cường độ sóng hài HHG
theo góc định phương cũng có thể phân biệt được đồng phân HCN và HNC. Tiếp đến ta dùng chương trình GAUSSIAN tính toán theo quy trình
