文章目录

中文摘要

ABSTRACT

第一章 引言

1.1 电子动力学的重要性

1.2 电子动力学的一般概念

    1.2.1 电荷转移

    1.2.2 电荷迁移

    1.2.3 电子密度与电子流

1.3 当前研究现状和挑战

1.4 论文纲要

参考文献

第二章 电子和原子核动力学的理论模型和方法

2.1 量子化学一般理论概述

2.2 定态薛定谔方程的求解

    2.2.1 电子的定态薛定谔方程

    2.2.2 原子核的薛定谔方程

2.3 含时薛定谔方程的求解

    2.3.1 自由场中波函数的演化

    2.3.2 偶极相互作用下的波函数演化

2.4 高维原子核一阶相关近似下的电子动力学

2.5 电子密度和电子流

参考文献

第三章 固定原子核模型下的电子流

3.1 电荷迁移研究背景

3.2 激光控制苯分子中的电子流

    3.2.1 电荷迁移模型

    3.2.2 苯分子模型

    3.2.3 四束不同偏振的脉冲制备苯分子的不同叠加态

    3.2.4 苯分子电荷迁移过程中的角向电子流

    3.2.5 苯分子电子流性质总结

3.3 激光电离和激发碘乙炔离子的电子流

    3.3.1 冻结原子核的碘乙炔离子的模型

    3.3.2 碘乙炔分子电离后的电子流

    3.3.3 碘乙炔离子激发过程中的电子流

    3.3.4 碘乙炔离子电子流性质总节

参考文献

第四章 分子振动驱动的电子流

4.1 Na_2分子的双势阱

4.2 Na_2分子振动模型

4.3 Na_2在双势阱中的两种电子流

4.4 本章小结:

参考文献

第五章 电子叠加态耦合多维原子核的运动

5.1 电离后碘乙炔离子中电子流的衰减与恢复

    5.1.1 碘乙炔离子中原子核的动力学模型

    5.1.2 强场电离后碘乙炔离子原子核波函数的演化

    5.1.3 强场电离后碘乙炔离子内的电子流

5.2 泵浦-探测控制碘乙炔离子中电子流的退相干

    5.2.1 pump和dump激发碘乙炔离子分子模型

    5.2.2 脉冲控制碘乙炔离子中电子流复相干

5.3 本章总结

参考文献

总结与展望

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

个人简况及联系方式

文章摘要:电子的动力学行为在很多物理、化学、生物过程中都扮演着重要角色。比如分子内电子运动引起的一个非常重要的物理现象就是电荷转移（charge transfer）。电荷转移的研究随着激光技术历经70多年的发展,其时间分辨率从最初纳秒量级（nanosecond,1ns=10-9 s）发展到如今的阿秒量级（attosecond,1as=10-18s）。传统的电荷转移（通常在皮秒到几百飞秒之间）由原子核运动引起相应电子再分布。而超快的电荷转移（通常在几飞秒到几百阿秒）是由多电子叠加态引起超快的相干振荡,即电荷迁移（charge migration）。相较于传统的电荷转移,电荷迁移具有更快的迁移速度,在给体和受体间可以多次往返运动,最重要的是它是一种纯量子动力学过程。电荷迁移中诸多新奇的现象为更精确的量子模拟以及更高时间分辨率光谱带来了新的机遇和挑战。本文基于量子动力学模拟,从简单的二能级、固定原子核模型出发,随后考虑单个电子态耦合一维原子核运动模型,最后到相干叠加电子态耦合多维原子核运动模型,研究了苯分子、HCCI+离子、Na2分子中各种形式的超快电荷迁移及控制。随着模型从简单到复杂,电子的动力学逐渐接近真实,超快的电荷迁移表现出更多的新奇现象。具体如下:一.固定原子核模型下,苯分子,HCCI+中的电荷迁移。在苯分子模型中,设计了四个偏振（x线偏振,y线偏振,右旋圆偏振,左旋圆偏振）激光脉冲,将苯分子制备成四种不同的简并叠加态。脉冲在苯中引起四种不同类型的电荷迁移。四种类型的电荷迁移具有相同迁移周期均为504阿秒。通过研究角向电子流的变化,我们发现苯分子的电荷迁移过程有总会有两个节点电子流为零,称为“源”和“漏”。电荷从“源”流出从“漏”流入。在圆偏振脉冲的驱动下,“源”和“漏”的位置在角向上还可以发生旋转。在HCCI+离子模型中,我们首先发展了轴向电子密度和电子流随时间演化的一般理论,然后设计脉冲将HCCI+从电子基态激发到指定电子态,模拟了激光脉冲作用过程中的电荷迁移以及轴向电子流的动力学。研究发现在激光脉冲作用过程中,电荷迁移在光场作用的初期就已经存在。随后,电荷迁移效率逐渐提高。二.在单个电子态耦合一维原子核运动模型下,Na2振动引起的电子流。通过模拟Na2分子在双势阱（21∑u+（JM=00））激发态的振动,发现振动过程中产生了两种方向相反的电子流。其中平庸的一支随着原子核运动,即电子流的方向与原子核运动的方向相同。另一支奇异的反向电子流在原子核遇到势垒时产生,经过势垒后又逐渐消失。这是由于原子核从内阱转移到外阱时,电子结构从“里德堡”型转变为“离子键”型,两个不同的电子构型在过渡态发生了剧烈的变化,导致了过渡态位置产生奇异的反向电子流。三.在电子叠加态耦合多维原子核运动的模型下,HCCI+离子的电荷迁移。在以往的理论工作中,固定原子核模型下,HCCI+离子电荷迁移的量子模拟与实验中前几个周期转移的结果吻合得很好。我们提出了新的量子动力学模拟,同时考虑原子核振动（考虑了HCCI+离子的七个自由度）的影响,揭示了原子核运动对电荷迁移的重要性。原子核的运动可以调制关闭电荷迁移（退相干（Decoherence））和重启电荷迁移（复相干（Recoherence））,这是阿秒到飞秒化学和物理学的新发现,这通过为激光控制原子核运动来控制电子动力学开辟了新的前景。接着我们提出利用泵浦-探测技术,通过加入泵浦脉冲,可以强制复相干现象提前发生。