Li_2K体系势能面和动力学研究

【摘要】超冷分子近年来成为原子与物理学的研究新热点。KLi分子作为一种能用于超冷实验的分子激发了许多科学家的研究兴趣，无论是在实验方面还是理论方面都有一些涉及该分子的研究报道，但是研究方法还不够完善，所获数据也还不够充分。Be作为Li的同周期元素，也可与K形成KBe分子用于超冷实验，但目前还未有该分子电子结构特征的研究报道。B也是Li和Be的同周期元素，它和碱金属形成的双原子作为一种很重要的化学和生物分子已经激起了科学家们广泛的研究兴趣，比如有很多关于BLi和BNa分子的研究报道，但是关于它们的电子结构性质还有许多争论，而BK目前为止也没有相关报道。基于此，我们针对KLi、KBe和BAlk（Alk=Li，Na，K）分子，在考虑了内层电子效应的基础之上采用高精度的从头算方法研究计算了它们的势能曲线、振转能级、光谱常数以及偶极矩函数等相关电子结构与光谱性质。采用多参考组态相互作用方法，对K采用全电子基组def2-AQZVPP-JKFI和对Li采用基组aug-cc-pCV5Z计算得到了KLi分子基态X1Σ+和低激发态A1Σ+,13Σ+,23Σ+的势能曲线。计算过程中考虑了不同活性空间的内层电子效应。基于计算得到的势能曲线，我们通过解核运动的薛定谔方程计算得到了KLi分子四个态的振转能级。然后借助邓海姆展式拟合振转能级得到了其光谱常数并与文献中的理论值和实验值进行了比较。同时，采用Morselong-range（MLR）势能函数拟合得到了其解析势能函数。结果显示基于包含K3s23p64s24p6和Li1s22s22p6活性空间情况下得到的结果和文献中的数据吻合得较好。这说明在计算KLi分子时应该考虑内层电子效应，然而对于这四个电子态，要想得到合适的结果，只需考虑到3s23p6壳层。另外，由MLR函数拟合得到的解析势能函数能够精确的重现K原子和Li原子之间的相互作用能。采用与KLi分子相同的计算方法并对K采用全电子基def2-AQZVPP-JKFI和对Be采用aug-cc-pCV5Z基组首次计算得到了KBe分子的12Σ+,22Σ+,12Π和22Π态的势能曲线、振转能级和光谱常数。结果发现内层电子效应对分子性质有显著影响，同时小核近似的计算结果较精确。由MLR函数拟合得到解析势能函数能精确的再现K和Be之间的相互作用能。另外描述了其偶极矩函数和跃迁偶极矩性质。对Li、Na和K采用def2-AQZVPP-JKFI基组和对B采用aug-cc-pCV5Z基组计算了BAlk(Alk=Li,Na,K)分子的1Π,3Π,1Σ+和3Σ+态的势能曲线、振转能级和光谱常数。计算过程中考虑了内层电子效应。结果发现BAlk分子的3Σ+态为束缚态。其解析势能函数很好地再现了B和Alk（Alk=Li,Na,K）的相互作用能。另外，描述了偶极矩函数以及1Σ+到1Π和3Σ+到3Π态的跃迁偶极矩。Li2K等碱金属分子体系在超冷温度下反应是比双原子超冷分子更加令人感兴趣的领域，但到目前为止关于动力学的研究极少，主要原因是没有合适的势能面。因此在成功完成了双原子分子，特别是KLi分子的研究工作之后，我们构建了三原子分子体系Li2K的势能面。对K采用ECP10MD基组和对Li采用aug-cc-pV5Z基组计算了Li2K体系43927个从头算能量点，经过分析选取42000个能量点参与拟合。采用多体展式法和AP函数构建了Li2K体系的势能面表达式，通过非线性最小二乘方法拟合了得到了表达式中的142个参数。基于我们构建的势能面，采用准经典轨线方法研究计算了反应K+Li2→KLi+Li的反应截面，研究k-k′两矢量相关、k-j′两矢量相关以及k-k′-j′三矢量相关等现象，发现了该反应体系的一些特点，并作了相应的分析。
【作者】肖克拉；
【导师】杨传路；
【作者基本信息】鲁东大学，原子与分子物理，2014，硕士
【关键词】多参考组态相互作用方法；基组；势能曲线；势能面；

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