利用时间和位置灵敏相关的符合装置,实验研究了高电荷态Xeq+(q=15-21)离子与N2分子慢碰撞过程的多电子转移过程、N2+离子的解离以及N2q+(1＜q≤5)离子的库仑爆炸过程.实验鉴别了N2离子的解离和库仑爆炸反应道.从反冲离子飞行时间谱得到氮气分子离子的库仑爆炸释放的动能(KER),并与库仑爆炸模型进行了比较.

用密度泛函理论(DFT)方法研究C60分子的外价能量简并轨道的动量分布、空间电子密度分布等基本性质.取DFT理论中的B3LYP方法在6-311+ +G的基组上分析了C60分子最外层5个简并轨道(Hu)的动量分布及轨道电子的密度分布,并进行相关分析.

高分辨(e,2e)谱仪采用二维位置灵敏探测器同时对能量和角度进行多道测量.二维位置灵敏探测器由级联使用的微通道板和电阻阳极板组成,由于电阻阳极板的边缘效应和制造工艺的缺陷,测量得到的位置图像与实际图像总会有一定的形变,存在一定的非线性.本文针对高分辨(e,2e)谱仪二维位置灵敏探测器输出图像的"桶形"畸变及位置非线性,采用一种简易的冷刻法(用脉冲信号来模拟真实电子束团),检验了二维位置灵敏探测器的Gear型电阻阳极板的线性好坏,并用分割成小三角形的方法找出测量得到的畸变图像与原始真实图像的映射关系,再用此关系对其它测量得到的畸变图像进行修正,并对修正的结果进行了评估.通过修正,由"桶形"畸变所造成的图像扭曲得到明显改善.修正后的x方向非线性由修正前的2.1%变为0.59%.这种检验和修正方法对其它领域类似探测器输出图像的修正也有一定的指导意义.

采用多组态相互作用方法及Rayleigh-Ritz变分法,计算了类铍离子等电子系列(Z=4-10)激发态1s2 2p2 3Pe的非相对论能量,利用截断变分方法得到能量改进量,进一步考虑相对论效应和质量极化效应,从而获得了高精度的能量计算值.给出了类铍离子等电子系列激发态1s2 2p2 3Pe的相对论能量修正和质量极化效应随核电荷数Z变化的情况.同时还计算了激发态1s2 2p2 3Pe的精细结构能级和劈裂,以及1s2 2s 2p 3Po到1s2 2p2 3Pe态的辐射跃迁波长.计算结果与其他理论和实验符合得很好.

本文采用EAM作用势,通过平衡分子动力学(EMD)模拟的方法计算了Co熔体的自扩散系数、剪切粘度等物理性质.同时采用非平衡分子动力学(NEMD)方法计算了Co的剪切粘度.研究表明有关传输性质的计算是可与实验比较的,能够反映出液态Co典型的动力学特性.

本文从量子化的Holstein模型出发,运用相干态展开法和能量极小原理,通过实施连续近似得到了一维分子晶体模型处于基态的极化子满足的非线性薛定谔方程及其定态孤子解、基态能量、晶格位移,其结果与Holstein T[1].从半经典理论所得的结果完全一致,因此相干态展开方法在处理与极化子有关的其他物理问题中是一种非常有效的方法.

采用RHF水平的AM1半经验量子化学方法,计算了线性4C60富勒烯聚合体、花生壳状4C60富勒烯聚合体,以及C240纳米碳管等三种C240异构体分子的几何构型、电子结构、分子能量,以及疏水常数LogP、极化率、偶极矩等物理化学特性,讨论了三种C240异构体分子的几何构型、前线分子轨道及能级、净电荷分布与静电势、分子能量等特性的差异.研究表明,三种C240分子的生成均为吸热,它们的稳定性依次排序为:C240纳米碳管＞花生壳状4C60＞线性4C60.

本文用B3LYP方法,相对论有效实势,其中铝原子用6-311+ +G(d,p)基组,其它用sddall基组分别对AlM(M=O,S,Se,Te,Po)分子进行了优化计算,得出了它们的平衡结构和双原子分子光谱常数.计算结果表明:它们的基态结构分别为AlO(2∑),AlS(2∑),AlSe(2∑),AlPo(2∑),其中AlO和AlS的计算数据与实验结果是一致的.氧簇元素原子与铝结合的中性双原子分子的平衡距离,随原子序数的增加而增长,离解能随原子序数的增加而减小,但它们都能形成稳定的双原子中性分子.它们的谐振频率随原子序数的增加而减小,它们的最低空轨道和最高占据轨道能量随原子序数的增加而略有增加,但变化不大.其能隙随原子序数的增加而略有增加.本文从理论上系统地研究了氧簇元素的原子(包括放射性较强,不太稳定的Po)与铝原子形成的中性双原子分子的光?缀头治鍪颇芎?

测量了入射离子能量为27 keV、45 keV和66 keV时Ar3+ + Ar碰撞反应各子过程的分截面,通过将其归一化到Bliman,Dousson等人所测量的截面值,获得了绝对截面.结果表明,该能区电子俘获过程仍占主导地位,但转移电离过程已不能忽略.结果还表明,各子过程反应截面基本不随能量变化.与考虑日电离的MCBM(Molecular Coulombic overBarrier Model)模型比较发现,模型所给截面普遍高于实验测量值,这在一定程度上是由于归一化时带来的系统误差.在误差允许的范围内,单电子和双电子俘获截面符合的比较好,但三电子俘获截面却相差一个数量级.对于实验观测到的转移电离过程,模型却预言并没有此过程发生.

在前期工作的基础上,给出了有效电荷Zeff的解析形式.研究发现:有效电荷Zeff与入射电子的能量和散射角有关.我们早期工作的一个重要缺陷是:对于初、末通道,分别使用了解析的平面波和库仑波,而现有的波函数与早期工作之间的一个重要差别在于:在初通道,现有的波函数包含有入射电子与中性原子之间的短程相互作用效应,而早期文章则没有这种效应.这里使用的末态波函数与以前是相同的.当入射电子处在有效电荷库仑场的情形下,我们计算了电子入射离化氦原子的三重微分截面,并发现现有的理论计算与实验结果很好的一致.

在密度泛函水平上,利用响应函数方法,研究了分子的单光子和双光子吸收特性.计算出了该分子在低能量范围内的最大双光子吸收截面为6.47×10-47 cm4 s/photon,与实验符合的较好.研究结果表明该分子具有较强的双光子吸收特性,是较好的双光子吸收材料.

在Su-Schrieffer-Heeger(SSH)模型基础上,计入弱电子关联的影响,研究聚乙炔单线态和三线态两类激子的行为.与单线态相比,三线态激子能级自旋简并丧失,能隙增大,电荷密度振荡局域分布以及自旋密度波产生,三线态激子吸收谱的相应特征峰发生～0.1 eV蓝移并且强度增加～40%.这些差异为区分两类激子提供了磁共振实验之外的判据.

根据Hardy能流密度公式、Kubo热导率公式,推导了纳米单原子链的热传导系数公式,并进行了数值计算.研究结果表明,纳米原子链的热传导系数小于无限长原子链的热传导系数,并且纳米原子链的长度越短,则热传导系数越小.这些现象可以作如下解释:原子链可以看作是一维晶格,格波在到达原子链端点时会发生反射,而改变了格波的能量传播方向,使能流密度降低,从而使纳米原子链的热导率小于无限长原子链的热导率.并且原子链越短,格波在到达原子链端点的过程中衰减越小,从而使反射格波的能流密度越接近于入射格波的能流密度,使能流密度更为降低,从而使纳米原子链的热导率更小.

应用传统的最小二乘法和作者基于微扰理论建立的代数方法(AM),本文研究并比较了双原子分子NaK的部分电子态的振动能谱和离解能.从而得出了这两种方法所得不同结果的主要原因,并建议了对于需要从实验物理数据中提取正确物理量的数学工作,人们不仅要使用恰当的数学方法,同时也应使用那些能从实验数据中挑选出包含完整物理信息的一组最佳实验数据的物理判据,从而由挑选出的这组最佳实验数据获得描述这些数据所代表的真实物理规律或物理信息的正确物理表象.

多模真空态|{0j}〉q与两个空间强度分布特征不同的多模复共轭泛函相干态|{fj(a)*(x,y,z)}〉q和l{fj(b)*(x,y,z)}〉q的线性叠加组成的三态叠加多模泛函叠加态光场|ψf(3)〉q,利用多模压缩态理论,研究了态|ψf(3)〉q中广义电场分量的不等幂次高次和(H)压缩特性.结果表明:在一定的条件下,态|ψf(3)〉q的广义电场分量可呈现出周期性变化的任意奇数次和任意偶数次的不等幂次高次H压缩效应;光场的经典振幅和经典初始相位的任意非对称空间分布特征对其压缩程度和压缩深度等压缩特性将产生直接的影响.

基于Alexander and Coldwell报道的变分Monte Carno计算的势能曲线,计算了H2分子的振转能级.利用Murrell-Sorbie函数和最小二乘法拟合出了解析势能函数,以此为基础计算出光谱常数.通过与实验比较发现:由于该势能曲线考虑了相对论效应和非绝热效应,振转能级和光谱常数计算结果与实验值符合良好,与目前最高水平从头计算的结果相当,说明这种计算方法准确可靠,可进一步推广应用于势能函数计算之中.

采用从头算方法,在B3LYP水平下对O3分子单体及其二聚体进行了几何结构优化,得到四种O3分子二聚体的稳定构型,并经MP2法、均衡法(Massage)分别校正了电子相关和基组叠加误差(BSSE),通过对分子中原子间的最短距离,分子间质心距离与各构型相互作用能的关系进行了分析、比较,得到了最稳定的构型,其对应的O3分子二聚体相互作用能为:-8.788 kJ/mol.

利用第一原理理论研究了金属In在Si(001)表面吸附的原子结构.结果表明,In原子的吸附不破坏衬底Si的二聚体化学键.在低覆盖率时,In原子在Si(001)衬底上形成有序量子线,取向沿衬底Si的二聚体化学键方向.计算结果显示相邻In线之间不存在排斥作用.

在自由电子气近似下,可得到多种不同的交换参数的理论算法.这些理论方法的优劣不能从理论上确定.本文采用SIC-Xα的过渡态算法,利用不同的Xα交换参数理论模型计算了钠原子主线系4p～15p的激发态能级,并与实验结果进行了比较.比较结果表明,在这个体系下,基于Virial定理的理论参数模型明显优于其它理论方法.由此我们找到了一种能给出较为精确的高激发态波函数的简便计算方法,而且能够为研究高激发态原子的外场效应和Rydberg原子结构的精确计算等提供基矢波函数.

动力学李代数方法在研究原子分子碰撞问题中是一种很重要的方法.在计算过程中我们用密度算子导出了物理量的统计平均值.同时我们用时间演化算子计算了振转能量的跃迁几率.作为例子我们用此方法计算了H2和He的碰撞问题.

采用Lewis-Riesenfeld不变量方法研究了具有非线性场和任意形式原子与场相互作用的Jaynes-Cummings模型.该模型由于具有超对称代数结构,因此其Hamiltonian量可用超对称算符的线性组合表示.在算符N′的本征值子空间,用生成元算符构造出系统的不变量后,利用不变量方法求得了系统的一般波函数和时间演化算符,同时也计算了原子布居数和光子数的时间演化表达式.

用杂化密度泛函B3LYP在6-31G*的水平上研究了Si3N4团簇可能结构的平衡几何构型和电子结构,得到了24个可能的异构体.Si3N4团簇的最稳定结构是由7个Si-N键和2个N-N键形成的3个四边形构成的三维结构.用自然键轨道方法(NBO)分析了成键性质,结果表明,S-N键中的S、N原子的净电荷较大,说明S-N键中Si、N原子的相互作用主要是电相互作用.最强的IR和Raman峰分别位于1033.40 cm-1,473.63 cm-1处.并且讨论了最稳定结构的极化率和超极化率.

研究了两纠缠原子与相干态光场相互作用系统场熵的时间演化特性,运用全量子力学理论和数值方法,讨论了初始两原子所处的纠缠状态、纠缠度和腔内光场的强弱对场熵的影响.随着光场平均光子数的增加,系统场熵均值和振荡频率增大;光场较弱时,场熵呈现一定的周期性振荡;光场增强后,场熵呈现出周期性的崩塌与回复,且随初始两原子纠缠度的增加,场熵的振幅增大.

由于卷曲效应,单壁碳纳米管中π轨道的取向不再和石墨一样与三个σ键垂直,也不沿管的径向,而是与径向发生一定小角度的倾斜.π轨道的取向与单壁碳纳米管的管径和曲率有密切的关系.本文从几何结构出发,计算了(n,0),(n,n)和(n,m)三种单壁碳纳米管π轨道的倾角.结果表明三种倾角是不完全相同的.

原子光谱数据是研究原子结构的重要参数,氢及类氢离子是原子物理和量子力学研究的理想体系.通过对氢及类氢离子光谱精细结构数据的研究发现,需要对Dirac提出的有关理论公式进行改进.本文在考虑了电子的自旋角动量与轨道角动量的耦合作用后,通过对Bohr理论中的电子运动角动量的修改,推导出单电子体系的电子速度公式,结合对Schr(o)dinger的原子轨道能级表达式相对论效应修正,从而得出本文的氢及类氢离子光谱精细结构值的理论计算公式,应用此改进公式,所得的计算值与实验观测值符合得很好,计算结果也反映了氢及类氢离子光谱精细结构数据变化的规律性.

鉴于气体双原子分子H2、O2、N2和CO的高振动激发态能级和离解行为在实际研究中的重要性,本文应用代数方法(AM)和代数能量方法(AEM),以部分气体双原子分子有限的实验能级[Ev]为基础,获得了H2-X1∑+g、O2-A3∑+u、O2-c1∑+u、N2-X1∑+g和CO-X1∑+共5个电子态的完全振动能谱{Ev}及其分子的离解能,为研究部分离解气体的物理和化学性质提供了重要的高振动激发态能级和可靠的离解能数据.

采用密度泛函(DFT)四种交换/相关函数(B3LYP、B3P86、B3PW91和PBE0)结合不同的基函数,求得了三硝基甲烷C-NO2键的离解能(BDE),并且通过合理选择参考物硝基甲烷,设计等键等电子对反应,计算了气相三硝基甲烷分子的生成焓(HOF).与实验数据进行比较,PBE0/6-31g*计算出的BDE值最好,误差为-2.1 kcal mol-1;PBE0密度泛函结合带极化函数的6-31g基组得到的HOF值与实验值吻合的最好(误差在0.1 kcal mol-1以内).

用修正影射法解修正的BBM(mBBM)方程,得到了一些新的精确解.这个方法的优点在于:①待定函数f(ξ)的指数i的范围从N扩大到-N;②可以不必给出函数f(ξ)的具体表达式求解方程,这样便于寻找更多的解.本文就是利用了这一特点,选择合适的参数,得到一些mBBM方程新的精确解.我们相信;这个方法还可以推广到含有更多维和更高阶的求导项的方程.

将介观电容器看作介观隧道结,对介观RLC电路作了相应的量子力学处理.研究了介观RLC电路系统的量子态演化.研究表明:考虑介观电容耦合效应的影响,介观RLC电路系统将由初始的Fock态演化到压缩Fock态,并讨论了电荷及磁通在压缩Fock态下的量子涨落.

在单中心球模型近似下,选用类B原子解析波函数,用变分法计算了H2+7团簇正八面体中心结构与能量.结果表明当中心氢原子核到顶角氢原子核之间的距离R=2.83α0时,体系能量有一极小值E=-3.918h0(a0=0.529177×10-10m,h0=27.2 eV).这表明H27+团簇的正八面体中心结构是稳定的结构,H2+7团簇是可能存在的.

Franco和Yin应用Glauber多次散射理论研究α-4He、3He、2H、1H弹性散射时,在N-N散射振幅中引入一个简单的随动量转移而改变的相因子,使Glauber理论的计算结果与实验数据的符合程度得到很大改善;其后Lombard和Maillet也是用Glauber理论,又研究了这一相位变化对p-4He弹性散射的影响,得到同样的结论;最近,Wang Shilai和Deng Yibing等又在KMT理论框架下,计算了p-4He微分散射截面和自旋观测量,发现这个相改变使得KMT理论框架下所计算的p-4He结果与实验数据符合的情况得到改善.本文紧随Wang Shilai和Deng Yibing等人的工作,也是在KMT理论框架下进一步对p-12C弹性散射进行研究,检验了在KMT理论框架下N-N振幅相位对p-12C弹性散射的作用.本文应用动量空间一级光学势,包括库仑修正,计算出微分散射截面与自旋观测量.其结果表明,在N-N散射振幅中引入一个由Franco和Yin建议的简单的随动量转移而改变的相因子后,使得KMT理论计算的p-12C弹性散射微分散射截面和自旋观测量与实验符合的程度得到改善.这个结果充分说明N-N振幅的相位对KM型的理论计算也起重要作用.

通过利用时间依赖的外磁场,提出了绝热制备多粒子W态的新方法.同时给出了驱动n个自旋1/2粒子从未纠缠态到W态的相互作用哈密顿量以及绝热和非绝热演化条件,展示了能量和靶态布据随时间的演化图.

利用考虑e能级分裂的屏蔽氢离子模型SHML,计算了重核等离子体Pt在密度温度分别为时束缚-束缚、束缚-自由、自由-自由的吸收系数,并由此计算了Pt等离子体随光子能量变化的辐射不透明度.SHML模型计算的辐射不透明度好于SHM模型的计算结果这是肯定无疑的.

研究了Rb(5PJ)+Rb(5PJ′)→Rb(5S)+Rb(5D广)的碰撞能量合并过程,一台单模半导体激光器共振激发Rb原子的5P1/2或5P3/2态,另一与泵浦激光束反向平行的单模激光束作为吸收线探测激发态原子密度及其空间分布,吸收线分别调至5P1/2→5D3/2和5P3/2→7S1/2跃迁,由激发态原子密度和谱线荧光比得到碰撞能量合并过程5PJ+5PJ′→5S+5DJ″的截面.两台激光器同时分别激发5P1/2和5P3/2态,通过对5DJ″→5PJ的荧光探测,得到5P3/2+5P1/2碰撞转移到5D5/2和5D3/2的截面分别为(1.12±0.50)×10-14和(1.01±0.45)×10-14
cm2.

对单个囚禁离子在热库作用下的退相干的控制问题进行了研究.本文提出的控制方法是基于消除自由哈密顿技术和脉冲重聚技术的结合.前者是利用一个经典大失谐激光场作用于囚禁离子来实现的,而后者是利用一系列的激光π脉冲来实现的.解析与数值表明,应用这种控制方法可以有效消除量子退相干且比纯粹应用脉冲重聚技术要好.

用密度泛函方法,在B3LYP/6-31G*水平对五个含硝基烷基的硝基芳香族炸药分子和四个含硝基烷基的苯酸酯炸药分子进行了几何结构全优化、能量和频率计算.并分别对这两类炸药分子苯环上的C-NO2和烷基上的C-NO2键离解能进行了同等水平的计算.结果表明,这两类分子中的最弱键均是烷基上的C-NO2键.进一步分析实验撞击感度与分子中最弱键离解能量的关系.结果表明,最弱键离解能BDE是表征炸药撞击感度的重要指针,但不是唯一指针.除了BDE,炸药的撞击感度可能还受其它因素或反应途径的影响.

本文采用分子动力学方法对NVT系综中水的密度极值问题以及分布函数和扩散系数等相关性质进行了模拟.运用极值思想,通过引入新的能量-压力关联判据和线性插值的方法,可以将水的密度极值的温度值点上移到2℃,与实验值更加接近,相对于前人用TIP4P水分子模型的模拟结果-13℃或-23℃具有较好的改进,并且避开了临界点附近统计压力值的困难.模拟获得的径向分布函数和扩散系数的值与实验基本吻合,分子间作用能分布也与文献报道的趋势一致.

运用多种密度泛函理论(DFT)方法和从头算(ab initio)方法,研究了具有代表性的一系列分子的静电势,选择QCISD计算出的分子静电势为标准静电势,通过比较多种DFT法和QCISD从头算,以及它们之间的均方根偏差和静电势差值曲线图,结果表明B3LYP-DFT法与QCISD-ab initio法计算结果较吻合,暗示了B3LYP-DFT法在得到分子静电势时是一个有用的工具,尤其对于从头计算难以进行研究的大分子体系.

当改变能量、位置或场强等参数时,电磁场中里德堡态的原子、分子和离子等体系将出现分岔现象,从而导致波函数在分岔点附近发散,半经典闭合轨道理论不再适用.本文分析并计算了平行电磁场中H-光剥离电子轨道的分岔现象,并采用统一近似的方法进行定域修正,从而消除了分岔点的奇异性,得到了合理的光剥离电子流的分布.

利用多组态Dirac-Fock方法计算了类氦镁离子的双电子复合截面.分析了类氦镁离子的高n双电子伴线结构及其对类氦镁离子Kα共振线的影响.结果表明类氦镁离子的高n双电子伴线几乎都分布于Kα共振线的长波一侧.随着n的增加,DS强度呈现明显减小的趋势.虽然来自KLM(n=3)的发射线最强,但n＞3的部分依然给出了非常重要的贡献.即便是来自n＞10的共振的贡献也是不可忽略的.并且高n双电子伴线随着n的增加不断接近Kα共振线,导致和Kα共振线的强烈混合.在实验测量中会使Kα共振线峰位的测量值向长波方向移动,使谱形加宽,并且增强了Kα共振线测量值强度.