检索结果-南通市图书馆

作者：高洪月吉林大学

学位级别：硕士

卤代甲烷分子在光解过程中会产生对臭氧层具有极强的破坏作用的卤素原子和含卤素自由基,因此,研究卤代甲烷的光解离动力学不仅在学术上具有重要意义,而且在现实应用中也有着广泛的潜在价值。在本论文中,我们利用冷靶反冲离子动量成像谱... 详细信息

卤代甲烷分子在光解过程中会产生对臭氧层具有极强的破坏作用的卤素原子和含卤素自由基,因此,研究卤代甲烷的光解离动力学不仅在学术上具有重要意义,而且在现实应用中也有着广泛的潜在价值。在本论文中,我们利用冷靶反冲离子动量成像谱仪结合泵浦探测技术,比较研究了氯碘甲烷(CH2Cl I)、溴甲烷(CH3Br)与飞秒激光相互作用发生的复杂光致电离解离过程,重点分析了其多次电离中发生的氯原子转移及氢转移过程,应用时间分辨三体库仑爆炸成像方法实时呈现了氯碘离子的形成动力学,并讨论了不同卤代烷烃分子对氢转移等相关解离过程的影响。本论文具体研究工作如下:首先,利用符合测量装置研究了氯碘甲烷分子的强场解离路径,发现存在经过氯转移形成碘化氯离子的通道,以及经过氢转移形成碘化氢离子的通道。同时,分子可以发生最高五次电离,产生了多个三体库仑爆炸通道。进一步的,我们应用时间分辨的三体库仑爆炸成像技术,实时成像了碘化氯离子形成过程。发现碘化氯离子主要在二价势能面上产生,实验获得其产生时间尺度快于200飞秒,初步理论模拟显示在二价势能面上形成碘化氯离子的时间尺度低于100飞秒。同时,我们根据三体成像探测得到的时间分辨动量关联信息,初步区分了形成碘化氯离子的两种方式,一种是先发生碳氯键和碳碘键断裂,然后形成氯碘键;另一种是碳氯键先断裂,形成中性氯原子,氯原子运动到碘原子附近,形成氯碘键,然后发生碳碘键断裂。对于氢转移过程,通道产率很低,并且不会继续发生三体库仑爆炸过程,理论计算结果显示其发生尺度约为40飞秒。其次,为进一步分析卤代甲烷分子的氢转移等重要过程对分子结构及轨道分布等的依赖关系,我们还研究了溴甲烷分子在强场中的氢转移和解离动力学。实验发现此分子存在4个氢转移通道及多个中性氢解离通道,但是不存在三体库仑爆炸过程。实验分析了经过氢转移形成溴化氢离子的过程,发现其在一价和二价离子势能面都可以发生,不同的路径具有不同的动能释放值。同时,基于泵浦探测技术,跟踪了导致氢转移产生的振动波包在一价离子势能面演化的时间特征和动能释放的变化。实验发现在小于约140飞秒时,氢转移通道即可完成。相较于氯碘甲烷分子,溴甲烷分子截然不同的解离特征源于其不同的结构和轨道对称性。结合理论模拟的两个分子不同的价轨道电子分布,推断溴甲烷分子多次电离过程具有较强的局域性,增强了氢转移通道及中性氢解离通道,显著抑制了三体库仑爆炸通道的发生。

关键词：分子解离库仑爆炸成像解离动力学符合测量氢转移动能释放

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水分子库仑爆炸成像及其同位素效应研究

水分子库仑爆炸成像及其同位素效应研究

作者：王珍珍吉林大学

学位级别：硕士

水分子在强激光电场中展现出丰富的超快结构动力学行为,库仑爆炸成像技术为我们提供了研究这一有趣问题的有效方案。本论文系统的研究了水分子在强激光电场中的解离性电离行为,得到了分子发生库仑爆炸前的空间构型,并进一步研究了同位... 详细信息

水分子在强激光电场中展现出丰富的超快结构动力学行为,库仑爆炸成像技术为我们提供了研究这一有趣问题的有效方案。本论文系统的研究了水分子在强激光电场中的解离性电离行为,得到了分子发生库仑爆炸前的空间构型,并进一步研究了同位素效应对分子动力学的影响。基于线偏光与圆偏光下不同价态解离通道的能量及动量的比较,讨论了分子解离过程中不同振动模式及拉伸方式的影响。同时,本论文还尝试了进行两个离子-两个电子的四体符合测量,用于研究三原子分子连续双电离过程中电子动力学。首先,通过分析水分子双电离及之后的库仑爆炸过程,发现其库仑爆炸产生的离子动量分布在0度和90度方向存在两个最大值,并且在0度方向的能量释放显著高于90度方向,同时此特征依赖于激光的偏振,他们可能来自于分子准直和多轨道电离的共同影响。进一步通过对圆偏光下两体离子动量和的分析,发现其动量和具有清晰的肩膀结构,表明两个电子同向出射起到重要的作用。HOD分子的(OH+/OD+)通道产率分支比表现出了很强的同位素效应。在线偏光下此分支比为6.8,表明O-H键更容易拉伸以及断裂,并且OH+通道的能量释放更大,而这一分支比在圆偏光时下降到4.6,这可能源于圆偏光的平面准直效应。进一步的,应用三体符合测量技术,我们对水分子进行了库仑爆炸结构成像研究。当前光强下,水分子最高可发生四次电离进而发生库仑爆炸,重构的分子键角呈现80度到170度的很宽的分布,表明水分子在电离过程中发生了复杂的分子构型变化,水分子的三种振动模式均可能存在影响。重构的角度分布显著依赖于激光的偏振性质,圆偏振激光作用下低于120度的分布受到抑制,而大角度的分布基本保持不变,这可能源自于线偏光下重散射诱导的双电离贡献大,导致分子没有时间发生形变而迅速发生库仑爆炸。另外,圆偏光下三体库仑爆炸的总动能比线偏条件下大,这与线型分子截然相反。圆偏光下水分子更倾向于发生对称拉伸,而线偏光时非对称拉伸过程有很大贡献。我们证明了同位素效应在非对称拉伸过程中有显著的影响。

关键词：库仑爆炸偏振依赖同位素效应多轨道电离

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多原子分子超快解离动力学及其结构成像

多原子分子超快解离动力学及其结构成像

作者：邓珂吉林大学

学位级别：硕士

多原子分子与强飞秒激光相互作用的研究是强场超快原子分子物理的难点问题。由于多原子分子的多电子及多中心特性,从理论上精确描述其在强激光作用下发生的电离及解离等动力学过程面对很大挑战。另一方面,实现对气相多原子分子体系激发... 详细信息

多原子分子与强飞秒激光相互作用的研究是强场超快原子分子物理的难点问题。由于多原子分子的多电子及多中心特性,从理论上精确描述其在强激光作用下发生的电离及解离等动力学过程面对很大挑战。另一方面,实现对气相多原子分子体系激发态的精确结构成像一直是强场超快领域的重要研究目标。针对这些难点问题,本论文从两方面展开了实验研究。首先,我们应用激光场致电子重散射诱导的库仑爆炸成像方法,研究了NO分子的精确结构。相比于常用的库仑爆炸成像方法,电子重散射诱导的库仑爆炸成像更准确的得到了分子离子的结构。我们重构得到的NO分子离子的键长和键角分别是1.14(?)和131.9°,与母体离子基态接近。同时,基于二维拟合分析方法,发现实验结果中包含不同离子激发态的结构信息。进一步的,我们讨论了不同脉宽条件下重构的分子结构演化,发现在脉宽更宽时,分子的键长变大,表明实验结果体现了分子波包振动的影响。其次,我们应用时间分辨的库仑爆炸成像方法研究了碳氢分子的超快解离过程,发现了四个主要解离通道具有截然不同的时间依赖特性。通过直接碳氢键及碳碳键断裂过程产生的两个解离通道,CH+H通道以及CH+CH通道,展现出了动能随时间延长而变小的特征,这反应了这两个通道的解离性电离过程发生在一价母体离子的解离态上,并且碳氢键解离过程的弛豫时间显著小于碳碳键断裂过程。而存在H及H产生的通道的动能释放都不随时间变化,表明这些过程不是沿着母体离子的解离势能面完成的,而主要在二价离子态上形成。基于这些实验结果,发现了碳氢分子不同氢解离过程具有截然不同的解离性电离过程,其中碳碳键断裂的时间尺度在300飞秒以内,而碳氢键的解离时间超过了700飞秒。本论文从实验结果获取了NO分子的精确结构,并实验分辨了碳氢分子不同键断裂的时间尺度。

关键词：飞秒激光冷靶反冲离子动量成像谱仪重碰撞库仑爆炸泵浦探测

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飞秒激光场下环形分子超快动力学成像研究

飞秒激光场下环形分子超快动力学成像研究

作者：卞永佳吉林大学

学位级别：硕士

强场超快原子分子物理动力学的超快成像研究是领域前沿的研究课题,多原子分子与强飞秒激光相互作用后发生多次电离及库仑爆炸,基于其碎片动量相关性,可重构分子超快结构变化,称为分子库仑爆炸成像。应用时间分辨的库仑爆炸成像方法对光... 详细信息

强场超快原子分子物理动力学的超快成像研究是领域前沿的研究课题,多原子分子与强飞秒激光相互作用后发生多次电离及库仑爆炸,基于其碎片动量相关性,可重构分子超快结构变化,称为分子库仑爆炸成像。应用时间分辨的库仑爆炸成像方法对光诱导分子动力学过程进行超快研究,揭示分子及离子的超快结构变化,进而实现在原子距离尺度上拍摄分子电影,有重要的研究意义。本论文针对复杂的环形有机分子苯、1,3环己二烯、环己烯和环己烷,进行了库仑爆炸成像测量及系统的数据分析,并发展了时间分辨的库仑爆炸成像技术,对强场电离诱导的解离性电离展开了系统的研究。我们建立并发展了时间分辨的分子库仑爆炸符合测量成像系统,对典型的环形分子苯的多次电离解离超快动力学过程展开了时间分辨的研究。CH通道在延迟时间大于500fs,KER为2eV以下出现了新的通道,说明分子对称解离在500 fs后重新出现,表明分子库伦爆炸几率依赖于分子的构型变化。氢转移通道的能量在时间零点分布明显变宽,出现了更多低能离子碎片;氢转移通道信号强度随时间变化呈现一个微弱震荡,在时间零点处增强。分子三体库仑爆炸成像还可以反应环形分子的开环过程的结构变化及时间尺度。时间分辨的光致解离及库仑爆炸成像有助于研究分子离子激发态的动力学行为,并为进一步实现分子激发态超快结构成像奠定了基础。同时,四种分子通道分辨的碎片化离子产率展现出截然不同的性质,碎片化程度依赖于环形分子的电子态及几何结构。实验基于冷靶反冲离子动量成像谱仪(COLTRIMS)实现结合符合测量成像,并应用飞秒红外激光的泵浦探测方案,获取了四种环形分子的解离性电离及库仑爆炸动力学信息。四种分子通道分辨的碎片化离子产率展现出截然不同的性质,碎片化程度依赖于环形分子的电子态及几何结构。相比于其他三种分子,苯分子的碎片化程度较小,环己烷分子碎片化程度最高。环形分子的两体解离通道产率呈现规律性分布,非对称两体解离产率高于对称解离,而包含氢转移的CH通道最强。对两体库仑爆炸产率和KER(Kinetic-energy Release)分析,发现四种分子均有氢转移过程发生且其产率依赖于分子的性质,环形分子的两体库仑爆炸中氢转移过程广泛存在,饱和环形分子CH中CH通道产率降低,证明双键的存在增强了氢转移过程。库仑爆炸过程的二维动量分布跟分子的轨道对称性有关,结合分子最高占据轨道HOMO分布,表明π轨道和σ轨道导致分子不同的角分布特征。

关键词：飞秒激光冷靶反冲离子动量成像谱仪环形分子电离解离库仑爆炸泵浦探测

飞秒时间分辨多原子分子解离动力学的库仑爆炸成像

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飞秒时间分辨多原子分子解离动力学的库仑爆炸成像

作者：徐新鹏吉林大学

学位级别：硕士

飞秒激光能够诱导分子多次电离并发生库仑爆炸,基于符合测量方法得到碎片离子的动量分布,重构母体分子的结构,这种方式被称为库仑爆炸成像。库仑爆炸成像法可以实现分子结构的直接成像测量,受到了广泛关注。本论文包括两方面,一方面研... 详细信息

飞秒激光能够诱导分子多次电离并发生库仑爆炸,基于符合测量方法得到碎片离子的动量分布,重构母体分子的结构,这种方式被称为库仑爆炸成像。库仑爆炸成像法可以实现分子结构的直接成像测量,受到了广泛关注。本论文包括两方面,一方面研究了高度对称分子SF的偏振依赖的库仑爆炸成像,另一方面研究了时间分辨的椭偏泵浦-线偏探测的手性多原子分子库仑爆炸动力学过程,得到了一系列有趣的结果。首先,应用冷靶反冲离子动量成像谱仪(COLTRIMS)研究了线偏振激光和圆偏振激光诱导SF分子的库仑爆炸成像。SF分子的一价离子基态不稳定,可发生超快中性解离形成SF,此超快解离特性为研究分子库仑爆炸提供了独特的研究对象,展现多原子分子不同于线性分子的解离性电离动力学特征。根据SF→SF+F及其包含中性解离通道的动能释放及动量分布,表明中性F原子解离是发生在母体的二次电离之后,其中存在两个解离系列。另外,通常解释库仑爆炸的增强电离模型无法用于解释SF的库仑爆炸行为,一价母体离子的超快解离抑制了增强电离过程,分子键的拉伸发生在二价母体离子的势能面上。最后,分子的三体解离过程反应了不同的F原子解离时,分子会发生显著的转动。线性分子的库仑爆炸依赖于驱动光的偏振,而SF分子的库仑爆炸几乎不依赖于激光偏振特性,这与分子的对称性密切相关,分子的高对称性导致激光准直效应弱,也证明分子的准直效应是导致线性分子解离性电离的偏振依赖的主要机制。其次,应用时间分辨的库仑爆炸成像技术研究了甲酸分子及其二聚体的离子解离动力学。使用水平偏振的线偏振激光作为泵浦光,椭偏率为0.7的椭偏光做为探测光,结合COLTRIMS探测装置,应用符合测量原理,获取了甲酸及其二聚体的通道分辨的时间依赖行为。一部分HCOOH→CHO+OH通道的能量释放随着延迟时间逐渐变小,说明离子的C-O键在库仑爆炸前逐渐拉伸,在2000 fs后动能趋近平衡,这可能反应了此解离势能面的局域最小值,在该位置的增强电离是此通道的主要解离性电离机制;HCOOH→COOH+H通道只有在时间零点增强,没有观测到随时间变化的能量降低现象,表明分子离子的C-H键可能发生了快速解离,直接双电离是此通道的主要机制。更有趣的是,对于HCOOH→CHO+OH通道,存在偏振依赖的动力学行为:在两束光延迟(负延迟代表椭偏光泵浦,线偏光探测)为-400fs,总能量范围为2.5.5eV区域中存在明显的极值分布,与其对应的000fs正延迟(线偏泵浦,椭偏探测)区域则没有明显的增强。椭偏光泵浦时导致的3.6 eV左右极值分布可能反应了激光场诱导不同势能面间的耦合,导致C-O拉伸过程存在局域最小值,并且椭偏光会增强耦合过程。这展现了应用强激光的偏振特性调控分子解离动力学的可能性。下一步将开展光强依赖以及线偏光泵浦-线偏光探测的实验进行比较,发展分子解离动力学的偏振调控方案。

关键词：库仑爆炸成像中性解离时间分辨 COLTRIMS

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NO2分子超快解离动力学的实验和理论研究

NO2分子超快解离动力学的实验和理论研究

作者：赵班池吉林大学

学位级别：硕士

实现分子结构演化的超快成像一直以来是强场领域物理学家所追求的目标,科研工作者们在电子散射、激光衍射技术的基础上不断深入探究分子结构超快成像的可能性,近些年超快电子束或超快激光这类新兴工具为分子结构演化的超快成像提供了更... 详细信息

实现分子结构演化的超快成像一直以来是强场领域物理学家所追求的目标,科研工作者们在电子散射、激光衍射技术的基础上不断深入探究分子结构超快成像的可能性,近些年超快电子束或超快激光这类新兴工具为分子结构演化的超快成像提供了更精确的时间分辨和更精细的空间分辨,从而可以更深入的了解分子及其结构演化的过程,也可以在更微观的层面操控化学反应。在亚飞秒时间尺度上实时观测分子键的断裂和生成是当前最重要的研究目标之一,而探索和发展分子结构超快成像方法则至关重要。复杂分子多次电离及库仑爆炸过程难以定量描述,但是借助时间分辨的泵浦探测实验技术,通过冷靶反冲离子动量成像谱仪(COLTRIMS)在超快强飞秒激光场诱导下对分子动力学过程的研究,可以对原子分子的结构变化进行细致的分析,值得深入研究。本论文针对非线性对称型三原子分子NO,进行了两方面的实验,第一部分应用飞秒红外激光的泵浦探测方案对二氧化氮分子进行了时间分辨的动力学符合测量,通过提取产率最高的通道NO→NO+O,清晰的重现了此解离通道随时间延迟发生的动力学变化;此解离通道包含三个主要的动能释放峰,我们首先研究了直接二次电离诱导库仑爆炸过程,通过多组态密度泛函方法计算了NO解离势能曲线,发现这三种动能释放分布分别来源于解离过程中分子不同的键角构型,并基于势能曲线形状及解离位置的临界核间距提出了N-O键的断键机制;进一步的,我们研究了这一库仑爆炸过程随时间演化规律,发现当分子电离到一价母体离子时,键角迅速弛豫到最小值,然后发生飞秒尺度的键拉伸过程,大约800飞秒之后,键长趋近于解离极限,动能分布变化变慢。基于不同的势能曲线,我们可以定性的判定不同时刻键长的大小,提供直观的分子时间分辨的解离图像。同时发现不同的构型弛豫的时间尺度不同,存在变化非常缓慢的通道,6ps后动能仍然在缓慢降低。本工作通过时间分辨的库仑爆炸方案,结合分子解离势能曲线计算来描述解离性电离过程,清晰的揭示了NO分子解离性电离随时间演化的过程。论文还研究了电子重散射诱导NO分子库仑爆炸成像的实验,通过不同偏振条件的对比实验,发现离子的KER(Kinetic-energy Release)分布具有一定的偏振依赖特性,线偏振条件下的动能释放会更强,此特性与直线型分子OCS相似,但与HO和DO等相似V型分子的偏振依赖规律则完全相反。结合总动能与离子动量矢量夹角θ关联图,我们通过提取线偏光条件下能量大于30e V的高能离子碎片动量,重构NO分子库仑爆炸时的构型,发现重构出的键长没有类似序列解离中键长拉伸的过程,而是通过协同解离直接发生库仑爆炸。应用重散射诱导库仑爆炸成像方法获取NO分子的瞬态结构信息,并研究可能存在的电离诱导结构变化,优化实验条件与激光参数,可以进一步研究时间分辨的紫外光诱导的分子结构变化。

关键词：飞秒激光冷靶反冲离子动量成像谱仪多组态密度泛函电离解离库仑爆炸重碰撞泵浦探测