导读:本文包含了电子动量谱学论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译,主要关键词:动量,电子,效应,轨道,相对论,氯乙烯,分子。
电子动量谱学论文文献综述
王忆纯,牛珊珊,唐亚国,张钰,单旭[1](2019)在《异二氯乙烯价壳层轨道电子结构的电子动量谱研究(英文)》一文中研究指出本文报道了异二氯乙烯分子价壳层轨道电子结构的电子动量谱研究.实验由一台(e,2e)电子动量谱仪在非共面对称的几何条件下开展,入射电子能量为1200 eV.实验获得了异二氯乙烯价壳层各个轨道的电离能谱和电子动量分布.采用Hartree-Fock方法和密度泛函方法结果与实验数据基本一致.研究发现,干涉效应会对2a_2和5b_2这两个Cl孤对电子轨道的电子动量分布产生显着影响.(本文来源于《Chinese Journal of Chemical Physics》期刊2019年04期)
牛珊珊[2](2019)在《高分辨电子动量谱学的实验及理论研究》一文中研究指出物质的物理和化学性质取决于微观原子分子的结构、轨道特性和运动规律。电子动量谱学基于电子与原子分子碰撞单电离的物理过程,可以同时直接获得原子分子的轨道电离能谱和动量空间的轨道电子密度分布。在过去的几十年,电子动量谱学以其独特的优势得到迅速发展,已成为研究原子分子电子结构的重要工具。随着电子动量谱仪的发展和理论的完善,电子动量谱学已经成功应用于原子、简单分子、复杂生物分子及固体表面的电子结构研究,分析了多种物理效应对原子分子体系电子结构的影响,比如分子多构象效应、振动效应和电子关联效应等。然而,受到谱仪能量分辨低、实验统计性差的限制,Jahn-Teller效应和相对论效应等物理现象仍没有得到充分的研究。当分子电离时,这些效应会引起相应的轨道退简并、谱带劈裂为能量间隔很小的结构,而且不同劈裂态的电子动量分布不同,但形状差异相对较小。要想细致研究这些物理效应对原子分子电子结构的影响,必须得到可靠的不同劈裂态的电子动量分布,这就需要有高能量分辨和高统计性的实验测量。因此,搭建高分辨高效率的电子动量谱仪是电子动量谱学的重要方向。本论文的主要工作是在实验室已有的全角度电子动量谱仪的基础上,改造并完成了高分辨全角度电子动量谱仪。一方面,通过利用低能电子枪和能量单色器,减小入射电子能散,并改进单色器入口和出口以及加速传输透镜的设计,优化电子束流,从而提高了谱仪的能量分辨。另一方面,通过采用由两块微通道板和叁层延迟线阳极组成的新位置灵敏探测器,大大改善了谱仪的探测效率。通过以上改进,我们成功调试了高分辨高效率的全角度电子动量谱仪,谱仪的能量分辨为0.53 eV,并且能够稳定且高效的运行。本文利用该谱仪对甲烷、碘甲烷和丙烷分子开展了 Jahn-Teller效应、相对论效应、振动效应和干涉效应的研究,深入分析了不同物理因素对它们电子结构的影响。论文总共分为六章:第一章简单综述了原子分子物理学中常见的实验方法,并且介绍了电子动量谱学的实验手段和研究进展,以及本论文工作的目的和意义。第二章介绍了电子动量谱学的理论框架和本文涉及到的几种电子结构的理论计算方法,比如Hartree-Fock,密度泛函、SAC-CI、相对论和分子振动效应计算等。第叁章介绍了高分辨全角度电子动量谱仪的整体结构和调试结果,并详细描述了谱仪的改造部分。在能量单色器和分析器通过能都为100 eV的条件下,通过单色化电子束与Ar的碰撞实验,检验了高分辨谱仪的性能,标定出谱仪的能量分辨为0.53 eV,角度分辨为Aθ=0.8。和Δφ=2.2。,对应的动量分辨为0.18 a.u.。第四章介绍了高分辨全角度电子动量谱仪对甲烷分子最高占据轨道lt2的测量结果及Jahn-Teller效应研究。测量得到的电离能谱由于Jahn-Teller效应劈裂为JT-1、JT-2和JT-3叁个态。实验获得的JT-1与JT-3态的电子动量分布也表现出不同的特征。由于Jahn-Teller效应,电子与分子振动发生耦合,CH4+构型在电离过程中会发生畸变。通过用电离瞬间分子几何构型从Td扭曲到稳定离子构型C2v、D2d或C3v的极限图像,近似解释了甲烷分子1t2轨道在电离过程中由于Jahn-Teller效应造成的轨道退简并、谱带劈裂以及不同劈裂态电子动量分布的差异。第五章介绍了碘甲烷分子的测量结果,首次得到了最高占据轨道的自旋-轨道劈裂组分2e3/2和2e1i2的电子动量分布,理论方面用自旋-轨道二分量相对论和应势相对论计算全面分析了相对论效应对碘甲烷分子的影响。研究表明相对论效应导致自旋-轨道劈裂组分2e3/2和2e1/2的电子分布不同,而且对C-I键轨道3a1的电子分布影响很大。对于内价轨道,用SAC-CI计算分析了电子关联效应对多个伴线结构的影响,揭示出叁个2a1伴线结构的电子动量分布呈不同形状是由于相同对称性的内价组态混合造成的。第六章介绍了丙烷分子的实验测量结果以及其外价轨道的振动效应和内价轨道的干涉效应研究。分子振动对于外价2b1、6a1+4b2以及1a2+3b2轨道的电子分布影响很大,而对5a1和1b1轨道的影响较小。除此之外,首次尝试研究分子内价轨道的干涉效应,通过轨道3a1与2b2以及3a1与4a1的电子动量分布之比,观察到了干涉效应引起的振荡结构。最后是对博士论文工作的总结以及对未来实验和理论工作的展望。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-01)
王忆纯[3](2019)在《低能对称(e,2e)谱仪的研制及若干分子电子动量谱学研究》一文中研究指出电子与原子分子之间的碰撞过程是自然界的基本过程之一,在许多不同领域发挥着重要作用,研究这些碰撞对于理解原子和分子内部结构的行为和变化至关重要。入射电子可以与靶可以发生多种类型的碰撞,其中的电子碰撞单电离又称(e,2e)反应,由于涉及两个以上的末态粒子,(e,2e)反应成为研究多粒子关联动力学的重要体系。近年来,在低能对称条件下开展的(e,2e)研究表明,实验测量的叁重微分截面与理论计算之间常常存在很大的差异。一方面,缺乏普适的、精确的理论计算方法;另一方面,现有的低能对称(e,2e)实验通常是在传统的、采用两个半球能量分析器的谱仪上完成的,效率低,实验数据的统计性差。同时,由于一次只能测量一个出射角,束流和气压的变化对数据的角分布定标带来不确定性。本论文工作的目的之一是要研制一台可用于低能对称条件的(e,2e)谱仪,谱仪采用环形能量分析器结合两维位置灵敏探测器,可以实现角度和能量的多道测量,不仅提高效率,也可以消除束流和气压的变化对角分布的影响。此外,本论文还利用2π全角度电子动量谱仪开展了若干分子的电子动量谱学测量,研究了氟苯分子的扭曲波效应和二氯乙烯分子的同分异构对轨道电子动量分布的影响。论文第一章为绪论,首先简要介绍了电子碰撞电离的实验原理和几何条件,并概述了电子碰撞电离实验技术的发展。绪论部分着重介绍了低能对称条件下的(e,2e)研究现状。第二章主要介绍了低能对称(e,2e)谱仪的搭建。简要介绍了谱仪的总体构造,及一些主要器件的结构,并展示了谱仪的初步调试结果,包括电子枪和探测器的调试、能量刻度与能量分辨以及符合实验的调试结果。第叁章简要介绍了 2π全角度电子动量谱仪和电子动量谱学的理论框架。第四章中利用电子动量谱学方法在两种入射电子能量(1200 eV和800 eV)下对氟苯分子的11个外价及6个内价轨道进行了详细的研究,获得了这些轨道的电子动量分布。通过基于平面波冲量近似的理论计算与实验结果的对比,揭示了扭曲波效应对实验测量的氟苯分子价壳层轨道电子动量分布的影响。第五章是利用电子动量谱学方法在1200 eV的入射能量下,测量了二氯乙烯叁个同分异构分子1,1-二氯乙烯(iso-C2H2Cl2)、顺式1,2-二氯乙烯(cis-C2H2Cl2)和反式1,2-二氯乙烯(trans-C2H2Cl2)的价轨道电子动量分布。利用键振动对1,1-二氯乙烯分子的C1孤对轨道进行了分析。结合实验得到叁个同分异构分子的能量-角度二维谱分布图和轨道电荷密度图,分析讨论了同分异构对轨道电子动量分布的影响。最后是对论文的总结和对低能对称(e,2e)谱仪未来工作的展望。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2019-05-01)
唐亚国[4](2016)在《时间分辨电子动量谱仪的研制及相关实验》一文中研究指出物质的微观结构,特别是原子核的空间排布和电子的密度分布,决定了其物理和化学性质。对原子分子电子结构或者轨道波函数的认识,特别是和化学性质和化学反应相关的前线轨道,直接影响了人们对化学性质的认识和化学反应机理的了解。随着泵浦-探测技术的应用,人们已经开始迈入了电子结构实时演化探测的大门,在超快动力学的研究上取得了突出的成果。电子动量谱学是一种独特的研究原子分子电子结构的实验手段,可以获得分子轨道动量空间的电子密度分布,经过几十年的发展,在动量空间分子轨道成像方面显现出其非常独特的优越性。本论文的主要工作是将泵浦探测技术和电子动量谱学技术结合在一起研制一台纳秒时间分辨的电子动量谱仪,用来探测激发态分子在演化过程中电离能和电子动量分布随时间的演化,从而研究分子激发态动力学。谱仪己经设计搭建完毕,得到了初步的调试结果。此外在日本东北大学高桥研究组联合培养期间,用该组的时间分辨电子动量谱仪对甲苯分子单重态第一激发态S1(π,π*)进行了研究,得到了S1态的电离能谱和电子动量分布。论文另外一部分工作是对分子轨道电子动量分布的振动效应的研究。对乙醇和叁甲撑氧分子的电子动量谱学研究表明某些轨道的电子动量分布受分子振动的影响很大,在传统和时间分辨的电子动量谱学研究中都需要仔细考虑包括振动效应在内的各种因素对轨道波函数的影响。论文的内容共分为六章,各章内容如下:第一章概述了超快动力学成像概念和相关实验技术、电子动量谱学的原理和谱仪的发展以及电子动量分布理论评估需要考虑的问题,并引出了发展时间分辨电子动量谱仪的想法;第二章介绍了时间分辨电子动量谱仪的设计,包括总体设计、光学系统、脉冲电子枪、能量分析器、探测器、电子学系统、供电系统和真空及磁屏蔽等。第叁章展示了时间分辨电子动量谱仪的初步调试结果。第四章介绍了在日本东北大学联合培养期间用该组的时间分辨电子动量谱仪对甲苯分子S1(π,π*)激发态的研究结果。第五章介绍了电子动量谱学方法对乙醇分子构象的实验和理论研究,考虑振动效应后,实验测量的电子动量分布和平衡构型理论计算不符合的问题得到了很好的解决。第六章对叁甲撑氧分子外价轨道电子动量分布的振动效应进行了详细研究,发现考虑振动效应后理论电子动量分布和实验符合的更好。最后是论文的总结和对时间分辨电子动量谱学未来工作的展望。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2016-10-01)
杨靖[5](2015)在《分子干涉效应和振动效应的电子动量谱学研究》一文中研究指出电子动量谱学(Electron Momentum Spectroscopy:EMS)是目前唯一成熟的一种能够直接探测特定原子分子轨道电子波函数信息的实验技术,借助其独特的优势,我们能够从波函数的层次对分子干涉效应和分子振动效应进行了观测。本论文选取NF3分子和氧杂环丁烷分子为研究对象,分别对分子叁中心量子干涉效应和ring-puckering振动效应进了EMS研究。此外,设计了一种新型的极坐标读出式楔条型阳极,并将其与微通道板相结合,研制了一种极坐标读出的二维位置灵敏探测器。论文分为以下五章:第一章概述了电子动量谱学,对其物理图像和理论基础进行了介绍,并对电子动量谱学的研究进展进行了简单的回顾与总结。第二章介绍了2π全角度(e,2e)电子动量谱仪和实验数据处理方法,以及电子动量谱学的理论计算方法。第叁章中,我们设计了一种新型的极坐标读出式楔条型阳极,使用数值模拟方法对其进行了参数优化和性能仿真,并将其与微通道板相结合,成功研制了一种极坐标读出的二维位置灵敏探测器。通过电子与Ar气非弹性散射实验,对此探测器性能进行了实验测试,结果表明其具有较好的位置线性和合适的位置分辨率。第四章,我们利用2π全角度(e,2e)电子动量谱仪测量了NF3分子外价轨道的束缚能谱和电子动量分布,并使用Hartree-Fock方法、密度泛函B3LYP方法以及SAC-CI方法结合6-311++G*基组和aug-cc-pVTZ基组进行了量子化学理论计算,对实验结果进行了分析和解释。对于分子轨道1a2和4e,我们观测到明晰的叁中心量子干涉条纹,并通过拟合获得了NF3分子内F原子之间的间距RF-F约为3.73a.u.,与前人的电子衍射实验结果(4.03a.u.)基本一致。第五章,我们利用非对称不共面电子动量谱仪首次得到了氧杂环丁烷的束缚能谱和价轨道电子动量分布,并将实验电子动量分布与B3LYP/aug-cc-pVTZ方法计算得到的理论结果进行了比较。结果表明,最高占据轨道(Highest Occupied Molecular Orbital:HOMO)3b1的实验电子动量分布在低动量端出现了一个很大的“翘起”,在平面构型(C2v)下的理论计算无法解释这一现象,而考虑了ring-puckering振动效应的计算结果能够对其进行很好地描述。这表明对于氧杂环丁烷分子,ring-puckering效应对HOMO轨道的电子动量分布有着明显的影响。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2015-05-01)
陈卓[6](2013)在《目标为边界等离子体中分子过程研究的动量谱仪建设及低能电子与碳氢分子的碰撞过程研究》一文中研究指出宇宙中的可见物质主要是以等离子体的形态存在,对于等离子体的研究不仅可以为宇宙的探索研究提供手段,也可以为高新科技的快速发展提供必要支持。等离子体研究的另一个重要动力来源于人类对清洁能源的迫切需求。托卡马克装置(Tokamak)是最有希望实现可控核聚变的装置之一,而边界等离子体与壁的相互作用(PWI)直接决定了托卡马克装置的运行安全性和使用寿命。电子与CxHy分子碰撞电离解离过程是托克马克中边界等离子体与壁相互作用的基本物理过程之一,相关过程的研究迫切需要大量完整和详细的实验数据。本工作通过对反冲离子动量谱仪(RIMS)的建设与优化以及低能电子束注入系统的建设,建立了低能电子与分子碰撞实验研究平台,并且开展了低能电子与碳氢分子的碰撞过程研究。具体内容包括有:一.对基于冷靶的反冲离子动量谱仪(COLTRIMS)进行了优化,并且完成了系统测试。包括飞行时间谱仪系统,探测器系统和数据获取系统,以及超声气体束注入系统等各主要部分均运行良好。基于MCP和延迟线阳极的位置灵敏探测器的位置分辨好于100μm,达到国际同类标准;超声气体注入系统可以为碰撞平台提供据有优良准直性的超声气体冷靶,气体束直径约2mm,数密度在1012/Cm3的量级。二.通过超快脉冲电源与电子枪栅极耦合的方法,建立了超快脉冲电子束注入系统,可以产生1ns的低能脉冲电子束。脉冲重复频率为20kHz时,束流强度达到约100pA。使用方形线圈产生磁场补偿屏蔽地磁场的方法,有效降低了环境杂散磁场,碰撞中心的剩余杂散磁场小于20mGs,电子束的品质得到大幅度提升。目前,注入系统可以提供能量为20eV的超低能脉冲电子束,几乎满足所有碳氢化合物分子的电子碰撞实验研究。叁.以COLTRIMS为实验探测手段,结合运用Gaussian程序进行理论计算,对CH4, C2H6和C2H4等碳氢分子的低能电子碰撞电离解离过程开展了研究。通过Gaussian程序计算碳氢分子体系(CH4, C2H6和C2H4)的静态能量,获得了各分子相应解离通道所需的解离能,能够为相关碰撞过程的实验分析提供有力支持。实验中,测量了低能电子碰撞作用下各产物离子的反冲动能,能量分辨达到约10meV的量级,高于同类测量精度。本工作测得了各反冲离子的动能分布曲线,给出了各离子的平均动能变化趋势以及不同解离过程中的释放动能(KER)。在估算KER的过程中,修正了来自气体靶的贡献,获得了更为准确的结果。基于以上精确的实验结果对解离过程中各反应通道进行了详细分析。此外,对乙烯分子的电子碰撞作用下,C2H4++离子的库伦爆炸过程,开展了探索性实验研究。(本文来源于《复旦大学》期刊2013-06-01)
朱景升[7](2012)在《若干高对称性小分子的电子动量谱学研究》一文中研究指出电子动量谱学(EMS)是研究原子分子中电子结构和碰撞动力学的强有力的工具,其独特优势在于能够同时测量轨道电子的结合能和电子的动量分布。利用高性能的第叁代电子动量谱仪,可以深入挖掘过去未能发现的实验现象,结合相关理论研究,进而揭示这些现象背后深刻的物理规律。论文编写了新的高斯拟合程序,并作了详细说明。实验数据处理过程中关键的一步是用高斯拟合方法对能量-角度二维谱的剥谱处理。新程序使用方便可靠,大大降低了多高斯峰拟合的工作量。具有高对称性的小分子电子结构相对简单,轨道之间重迭较小,因而在理论和实验上更容易揭示现象背后的物理本质。论文的主要工作是利用高性能的第叁代谱仪对若干小分子进行的电子动量谱学研究。我们成功地在不同实验条件下对I2分子进行了测量。对于外价轨道,自旋轨道相对论方法最好地描述了实验动量分布。相关轨道的动量谱以及分支比变化表明,相对论效应对I2分子价轨道动量分布的影响是不可忽略的。对于内价轨道,SAC-CI General-R方法在含相对论膺势的基组下的计算较好地模拟了复杂的伴线结构和相应的动量谱。采用截谱方法,发现了Jahn-Teller效应对NH3分子轨道动量分布的影响。简并的1e轨道中,具有更高结合能的区域在低动量区具有更高的强度。而非简并的3a1轨道则没有这种差别。相关振动模式下原子坐标位移对动量谱影响的分析可以定性地解释这种现象。对CF4、CCl4和CBr4分子中的扭曲波效应进行了系统的研究。叁种分子的最高占据轨道都有很高的对称性和多个结面,在实验中都发现了扭曲波效应的特征:在低动量区,实验动量分布相对于理论分布“上翘”,且入射能量越高,翘起的程度越低。在其它两个轨道中也发现了扭曲波效应。此外,它们外价第5个轨道理论和实验符合得不好,并呈现出特定共同规律,目前其物理机制还不清楚。(本文来源于《清华大学》期刊2012-10-01)
田启国[8](2012)在《2π全角度电子动量谱仪及大动量端电子动量谱学研究》一文中研究指出电子动量谱学(electron momentum spectroscopy: EMS)是一种独具特色的探测物质结构的实验手段。它的独特之处在于它不仅能得到原子分子轨道电离能的信息,而且能得到电子的密度分布,因而又被称为轨道成像技术。自从这种实验技术诞生的40年来,EMS不仅积累了大量气相小分子的实验数据,而且也成功的开展了对固体薄膜和生物大分子的研究,并广泛应用于评估量子化学理论计算的优劣。虽然很有应用前景,但自从诞生开始,这种实验技术就受到能量分辨差和探测效率低的困扰,尤其是探测效率已经成为这种实验技术发展的最大瓶颈。经过五年的努力,我们实验室采用不共面对称几何条件,利用新设计的双半圆楔条型阳极位置灵敏探测器器结合90°鼓型能量分析器扩展(e, 2e)电子动量谱仪的方位角范围,建成了第四代能量和角度多道的2π全角度(e, 2e)电子动量谱仪。新谱仪实现了在大角度范围(~ 150°)内收集电子,探测效率比第叁代谱仪提高了约1个量级,另外角度范围的扩展不仅提高了探测效率而且使动量范围从第叁代谱仪的~ 3.0 a.u.提高到~ 8.0 a.u.。新谱仪的研制成功为拓展电子动量谱学的研究领域提供了一个强有力的实验平台。本论文的主要工作是作为主要参加者研制成功了2π全角度电子动量谱仪;进而通过降低分析器的通过能及使用能量单色器减小入射电子束的能散提高谱仪的能量分辨;并利用该谱仪开展了CO_2分子关联伴线及大动量端电子动量谱学的研究。论文共分为七章。第一章概述了电子动量谱学,介绍了这种实验技术的基本原理,并总结了电子动量谱学技术的发展历程和国内外这一领域的研究现状。第二章详细介绍了2π全角度(e, 2e)电子动量谱仪。第叁章系统的介绍了谱仪的离线数据处理方法。第四章在分析器通过能为600 eV的条件下通过对Ar3p、3s电离及其关联伴线的测量对谱仪的性能进行了检测。根据Ar3p轨道的电离能谱和动量分布标定谱仪的能量分辨为1.8 eV,角分辨为Δθ= 0.8°,Δφ= 2.0°。第五章分别通过降低分析器的通过能和使用能量单色器减小入射电子束的能散提高谱仪的能量分辨。分析器通过能降低到200 eV后,谱仪的能量分辨提高到1.4 eV,而角分辨则基本被保持(Δθ= 0.8°,Δφ= 2.5°)。初步使用能量单色器后,谱仪的能量分辨提高到了0.9 eV。第六章借助2π全角度(e, 2e)谱仪高灵敏度的优势,开展了二氧化碳(CO_2)分子外价和内价壳层伴线的电子动量谱学研究。得到了4个主电离峰和12个关联伴线的动量分布。通过与理论动量分布的比较并结合SAC-CI general-R计算对相关伴线给出了标识并得到了伴线的极强度。对有争议的伴线4 - 8的标识进行了澄清,并首次得到了第一双电离阈之上的伴线10 - 12的标识和极强度。第七章借助2π全角度(e, 2e)谱仪动量范围大的优势开展了大动量端的电子动量谱学研究。开展了四氟化碳(CF_4)分子1t1,4t2和1e叁个F2p孤对电子轨道的键振动效应的电子动量谱学研究。该实验得到了CF_4分子5个外价轨道的电离能谱和动量分布。通过把叁个F2p孤对电子轨道的实验动量分布除以扭曲波冲量近似下的F2p轨道的理论动量分布得到了这叁个轨道键振动的信息,并给出了CF_4分子的构型信息。首次利用EMS技术开展了Ar3p和3s轨道大动量端电子动量谱学的研究,通过与理论计算的比较对大动量近核区域的轨道电离进行了讨论。最后对博士期间从事的工作进行了总结并对谱仪今后的工作进行了展望。(本文来源于《中国科学技术大学》期刊2012-01-01)
侯雪峰,彭良友,龚旗煌[9](2011)在《氢分子离子含时薛定谔方程的求解及低能再散射电子动量谱的研究》一文中研究指出最近激光实验技术的发展使得在阿秒尺度上研究原子分子中的电子运动成为可能。高次谐波(HHG)和阈上电离(ATI)等非线性过程成为实验和理论研究的热点。就理论研究来讲,直接数值求解含时薛定谔方程(TDSE)的方法可以在广泛的情况下精确地处理强场激光与原子分子相互作用(本文来源于《第九届全国光学前沿问题讨论会论文摘要集》期刊2011-10-10)
田启国,杨靖,史钰峰,单旭,陈向军[10](2011)在《全角度(e,2e)电子动量谱仪能量分辨的提高》一文中研究指出电子动量谱学是唯一的一种能够分辨原子或分子壳层而获得轨道电子密度分布的实验方法。最近,我们实验室研制了第四代动量谱仪,新谱仪使用了鼓形分析器以及新设计的双半圆楔条型阳极探测器,可以实现接近2π方位角的探测。谱仪性能已经在600 eV通过能条(本文来源于《第十六届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集》期刊2011-08-09)
电子动量谱学论文开题报告
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
物质的物理和化学性质取决于微观原子分子的结构、轨道特性和运动规律。电子动量谱学基于电子与原子分子碰撞单电离的物理过程,可以同时直接获得原子分子的轨道电离能谱和动量空间的轨道电子密度分布。在过去的几十年,电子动量谱学以其独特的优势得到迅速发展,已成为研究原子分子电子结构的重要工具。随着电子动量谱仪的发展和理论的完善,电子动量谱学已经成功应用于原子、简单分子、复杂生物分子及固体表面的电子结构研究,分析了多种物理效应对原子分子体系电子结构的影响,比如分子多构象效应、振动效应和电子关联效应等。然而,受到谱仪能量分辨低、实验统计性差的限制,Jahn-Teller效应和相对论效应等物理现象仍没有得到充分的研究。当分子电离时,这些效应会引起相应的轨道退简并、谱带劈裂为能量间隔很小的结构,而且不同劈裂态的电子动量分布不同,但形状差异相对较小。要想细致研究这些物理效应对原子分子电子结构的影响,必须得到可靠的不同劈裂态的电子动量分布,这就需要有高能量分辨和高统计性的实验测量。因此,搭建高分辨高效率的电子动量谱仪是电子动量谱学的重要方向。本论文的主要工作是在实验室已有的全角度电子动量谱仪的基础上,改造并完成了高分辨全角度电子动量谱仪。一方面,通过利用低能电子枪和能量单色器,减小入射电子能散,并改进单色器入口和出口以及加速传输透镜的设计,优化电子束流,从而提高了谱仪的能量分辨。另一方面,通过采用由两块微通道板和叁层延迟线阳极组成的新位置灵敏探测器,大大改善了谱仪的探测效率。通过以上改进,我们成功调试了高分辨高效率的全角度电子动量谱仪,谱仪的能量分辨为0.53 eV,并且能够稳定且高效的运行。本文利用该谱仪对甲烷、碘甲烷和丙烷分子开展了 Jahn-Teller效应、相对论效应、振动效应和干涉效应的研究,深入分析了不同物理因素对它们电子结构的影响。论文总共分为六章:第一章简单综述了原子分子物理学中常见的实验方法,并且介绍了电子动量谱学的实验手段和研究进展,以及本论文工作的目的和意义。第二章介绍了电子动量谱学的理论框架和本文涉及到的几种电子结构的理论计算方法,比如Hartree-Fock,密度泛函、SAC-CI、相对论和分子振动效应计算等。第叁章介绍了高分辨全角度电子动量谱仪的整体结构和调试结果,并详细描述了谱仪的改造部分。在能量单色器和分析器通过能都为100 eV的条件下,通过单色化电子束与Ar的碰撞实验,检验了高分辨谱仪的性能,标定出谱仪的能量分辨为0.53 eV,角度分辨为Aθ=0.8。和Δφ=2.2。,对应的动量分辨为0.18 a.u.。第四章介绍了高分辨全角度电子动量谱仪对甲烷分子最高占据轨道lt2的测量结果及Jahn-Teller效应研究。测量得到的电离能谱由于Jahn-Teller效应劈裂为JT-1、JT-2和JT-3叁个态。实验获得的JT-1与JT-3态的电子动量分布也表现出不同的特征。由于Jahn-Teller效应,电子与分子振动发生耦合,CH4+构型在电离过程中会发生畸变。通过用电离瞬间分子几何构型从Td扭曲到稳定离子构型C2v、D2d或C3v的极限图像,近似解释了甲烷分子1t2轨道在电离过程中由于Jahn-Teller效应造成的轨道退简并、谱带劈裂以及不同劈裂态电子动量分布的差异。第五章介绍了碘甲烷分子的测量结果,首次得到了最高占据轨道的自旋-轨道劈裂组分2e3/2和2e1i2的电子动量分布,理论方面用自旋-轨道二分量相对论和应势相对论计算全面分析了相对论效应对碘甲烷分子的影响。研究表明相对论效应导致自旋-轨道劈裂组分2e3/2和2e1/2的电子分布不同,而且对C-I键轨道3a1的电子分布影响很大。对于内价轨道,用SAC-CI计算分析了电子关联效应对多个伴线结构的影响,揭示出叁个2a1伴线结构的电子动量分布呈不同形状是由于相同对称性的内价组态混合造成的。第六章介绍了丙烷分子的实验测量结果以及其外价轨道的振动效应和内价轨道的干涉效应研究。分子振动对于外价2b1、6a1+4b2以及1a2+3b2轨道的电子分布影响很大,而对5a1和1b1轨道的影响较小。除此之外,首次尝试研究分子内价轨道的干涉效应,通过轨道3a1与2b2以及3a1与4a1的电子动量分布之比,观察到了干涉效应引起的振荡结构。最后是对博士论文工作的总结以及对未来实验和理论工作的展望。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
电子动量谱学论文参考文献
[1].王忆纯,牛珊珊,唐亚国,张钰,单旭.异二氯乙烯价壳层轨道电子结构的电子动量谱研究(英文)[J].ChineseJournalofChemicalPhysics.2019
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