I2+阳离子低能电子态的计算和光谱研究

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分子离子作为一种瞬态粒子广泛存在于燃烧爆炸、等离子体、星际空间等系统中,具有化学活性强、寿命短、物理结构稳定等特点。分子离子的研究,特别是对复杂的振动和转动结构的研究有助于了解分子的内部结构。碘分子阳离子(I2+)在宽光谱范围内有丰富的光谱,可作为测量的标尺,在精密测量领域具有重要的意义。另外碘分子阳离子X2Πg态对应的两个自旋—轨道子能态X2Π3/2,g和X2Π1/2,g,其近简并振动能级跃迁对基本物理常数μ(质子电子质量比常数)的变化有很高的增强的灵敏度。因此,像其它的卤素双原子分子一样,I2+也作为一种检测基本物理常数时空变化的候选分子。然而,关于I2+的研究和报道却相对匮乏,从而限制了它的广泛应用。本文的工作主要分为两部分内容,第一部分内容采用高精度从头计算方法对I2+正离子最小的四个Ω子态(X2Π3/2,g,X2Π1/2,g,A2Π3/2,u和A2Π1/2,u)进行了研究;本文的第二部分内容计算了利用X2Π1/2,g和X2Π3/2,g态的近简并能级之间的跃迁来检测质子电子质量比(μ)变化的增强因子。采用高精度从头计算方法对I2+正离子低激发态X2Π3/2,g,X2Π1/2,g,A2Π3/2,u和A2Π1/2,u的光谱常数进行了计算,并与实验的高分辨率吸收光谱进行了比较。基于核价相关的w CVTZ-PP基组,利用多参考组态相互作用(MRCI)方法计算了I2+正离子解离极限I+(3Pg)+I(3Pu)24个Λ-S态的势能曲线,并且考虑了I2+的自旋轨道耦合相互作用,得到基态X2Πu和激发态A2Πg分裂出的X2Π1/2,g,X2Π3/2,g,A2Π1/2,u,A2Π3/2,u四个子态的势能曲线,通过求解一维径向薛定谔方程,推导出上述四个子电子态的振动-转动能级。通过最小二乘法拟合得到各电子态的光谱参数,包括绝热激发能Te,平衡核间距Re,振动常数ωe,转动常数Be等等。然后结合计算得到的跃迁偶极矩矩阵元,计算了A2Π3/2,u-X2Π3/2,g系统振动带的相对跃迁强度,为了验证从头计算结果的可靠性,对比了计算得到的相对跃迁强度和用高分辨的吸收光谱技术得到实验的跃迁谱线,对比结果显示理论计算结果与实验测量值非常一致。与此同时,推导出υ’=11-19和υ"=1-5的45个带的爱因斯坦自发辐射A系数。进而计算了A2Π3/2,u态的υ’=11-19振动能级的辐射寿命,辐射寿命值约为2μs。从头计算的结果显示出I2+的A2Π1/2,uΩ子态的势能曲线具有双势阱结构,因为双势阱结构的电子态存在预解离现象,所以我们讨论了其预离解机理,并计算了该电子态的较高振动能级υ≥49的预解离寿命,得到当υ=58时,该能级的预解离寿命达到皮秒量级,此时解离率已经很高。采用了X2Π1/2,g和X2Π3/2,g态的近简并能级之间的跃迁来检测质子电子质量比(μ)变化的增强因子。X2Π1/2,g和X2Π3/2,g态之间的自旋禁戒跃迁提供了窄的跃迁谱线,两个态的近简并能级跃迁提供了检测μ变化的增强的灵敏度,最终选取v’=17–v"=45,v’=23–v"=52,v’=29–v"=59的振动跃迁对应的能级简并的转动跃迁,计算得到的绝对增强因子约为5×103 cm-1。
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