非断熱電子波束動力学による強レーザー場中の分子のイオン化素過程の解明

利用非绝热电子波通量动力学阐明强激光场中分子的电离过程

基本信息

批准号：
09J03778
负责人：
菅野学
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University (2010)The University of Tokyo (2009)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

超短強レーザーパルスと相互作用してアト秒の時間スケールで進行する分子のイオン化など、分子の電荷の変化を伴う電離現象における電子と原子核のダイナミクスは従来の量子化学的手法では扱うことのできなかった化学的に重要な問題である。これらの問題を扱うために、電子と原子核の両方の自由度を量子波束で表現して分子の非断熱ダイナミクスを適切に評価するnon-Born-Oppenheimer Quantum Chemistry(non-BOQC)法を分子からの電子の脱離や分子と電子の結合を伴う広義の電離ダイナミクスに拡張するという課題に取り組んだ。当該年度は、1自由度問題に限定されていたnon-BOQC法の適用範囲を多自由度の電離現象にまで拡張することに取り組んだ。その成果をまとめると、大きく次の4つが挙げられる。1.多自由度のnon-BOQC法における波動関数が従う運動方程式を行列形式で定式化した。2.波動関数の時間発展に必要な速度勾配(velocity gradient)行列が従う運動方程式を導出し、古典軌道の転回点においてそれを逆行列へと変換することにより、速度勾配行列の数値的に安定な計算手法を開発した。3.non-BOQC法の特異点問題(波動関数を記述するパラメーターの発散)を多自由度問題においても部分的に解決した。4.具体的な系への適用として、強レーザー場と相互作用する水素原子やヘリウム原子における電子の運動(古典軌道)を安定に計算する数値計算プログラムを開発した。これらの成果から、多自由度の電離電子ダイナミクスを半古典力学に基づいて評価する画期的な手法である拡張non-BOQC法の理論とその数値計算法を開発し、それを強レーザー場誘起イオン化などの一般の多原子分子の電離現象に適用するための基礎を構築した。

传统的量子化学方法无法处理涉及分子电荷变化的电离现象中电子和原子核的动力学，例如通过与超短强激光脉冲相互作用而在阿秒时间尺度上进行的分子电离，这在化学上很重要。问题。为了解决这些问题，我们使用非玻恩-奥本海默量子化学（non-BOQC）方法，将电子和原子核的自由度都表示为量子波包，以适当地评估分子的非绝热动力学我们解决了将其扩展到更广泛的电离动力学（涉及电子解吸和分子电子键合）的挑战。今年，我们致力于将非BOQC方法的应用范围从仅限于一个自由度的问题扩展到多自由度的电离现象。总结结果，主要有四点： 1.将多自由度非BOQC方法中波函数的运动方程以矩阵形式表示。 2. 通过推导运动方程和波函数时间演化所需的速度梯度矩阵，并将其转换为经典轨道转折点的逆矩阵，从而在数值上稳定速度梯度矩阵。我们开发了一种计算方法。方法。 3.即使在多自由度问题中，也部分解决了非BOQC方法的奇点问题（描述波函数的参数发散）。 4.作为特定系统的应用，我们开发了一种数值计算程序，可以稳定地计算与强激光场相互作用的氢和氦原子中的电子（经典轨道）的运动。基于这些成果，我们发展了扩展非BOQC方法的理论和数值计算方法，这是一种基于半经典力学评估多自由度电离电子动力学的创新方法，并发展了扩展非BOQC方法的理论和数值计算方法。我们建立了应用于电离等多原子分子一般电离现象的基础。