发展量子纠缠轨线方法研究多原子碰撞过程中的量子效应

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基本信息

  • 批准号：
    11904252
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    和小虎
  • 依托单位：
    太原科技大学
  • 学科分类：
    A2101.原子分子结构、碰撞与谱学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Theoretical study of polyatomic collision process is a challenging work, which is also the frontier and difficulty in many research fields. Classical mechanical method and quantum mechanical method are the main research approaches. However, the classical method suffers its inability to properly treat the quantum effect, and the usage of the quantum method would cost a great deal of computer time. Quantum entangled trajectory molecular dynamics (QM-ETMD) method is simple in mathematical form and has excellent numerical computation performance. The QM-ETMD method can describe the quantum effect in a reaction, and it has smaller computational cost than full quantum method. Therefore, this method has great application value in the study of high-dimensional polyatomic collision process. The purpose of the present project is to develop the quantum entangled trajectory method and theory, and applying it to the study of polyatomic collision process. Based on this method and theory, a program will be constructed. The program will be used to study several typical polyatomic collision systems, and the influence of quantum effect (such as geometric phase effect or resonance state) on the micro mechanism of collision process can be available based on the analysis and comparison with other theoretical and experimental results. The theory and program of the present project is expected to be extended to the study of photodissociation, ultracold molecule collision, and energy transfer and reaction mechanism of polyatomic reaction system.
多原子碰撞过程的理论研究工作是一项富有挑战性的工作，也是多个研究领域的难点和前沿。经典力学方法和量子力学方法是当前的主流研究方法。然而经典方法难以处理量子效应，使用量子方法则需要承担巨大的计算量。量子纠缠轨线分子动力学方法具有简洁的数学表达和良好的数值计算特性。该方法能描述碰撞反应过程中的量子效应，且计算代价相比全量子方法更小，因此其在高维的碰撞过程的研究中有很高的应用价值。本项目的目的是发展量子纠缠轨线方法与理论，将其应用于多原子碰撞过程的研究，并以此为基础开发计算程序。我们拟使用该程序计算几个典型的高维碰撞体系，通过与其他理论和实验结果的对比分析，探索量子效应（如几何相位效应、共振等）如何影响碰撞反应的微观机理。本项目的理论和程序有望扩展到光解离、超冷分子碰撞以及大分子体系的能量转移和反应机理的研究当中。

结项摘要

多原子碰撞反应过程的理论模拟是原子与分子物理和分子反应动力学中的重要研究内容，也是一项富有挑战性的工作。以往的准经典轨线法虽然计算量小，但是不能处理量子效应；而传统的量子力学方法虽然可以处理量子效应，但是计算量太大。基于量子相空间理论的量子纠缠轨线方法有望综合上述两者的优点：该方法既可以描述量子效应，计算量又比全量子方法小。本项目主要研究内容是发展量子纠缠轨线动力学方法和理论，将其用于多原子碰撞的高维动力学研究中。项目目前得到的重要成果一是基于量子相空间理论中的Wigner分布函数推导了低维度的纠缠轨线理论公式，这是对本项目的理论基础进行的可行性验证；二是在低维度方法的基础上对高维（主要是三维）的纠缠轨线理论公式进行了推导研究工作，随后进行了编程和测试；三是为了和纠缠轨线动力学方法的理论结果进行对比，我们使用了传统的经典和量子力学方法对C+ + H2反应体系的动力学进行了部分研究工作，此外还使用从头计算方法对两种双原子分子的光谱性质进行了研究。本项目的实施在多原子碰撞过程动力学的研究领域中，是对已有的理论研究方法的一个有益的补充。从量子相空间理论的角度对碰撞过程进行研究分析，是与以往的研究不同的视角，可以得到更全面的动力学信息。本项目的实施有望扩展到光解离、超冷原子碰撞以及大分子体系的能量转移和反应机理的研究当中。

项目成果

期刊论文数量（8）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Measurement of nitric oxide from cigarette burning using TDLAS based on quantum cascade laser
基于量子级联激光器的 TDLAS 测量卷烟燃烧产生的一氧化氮
  • DOI：
    10.1016/j.optlastec.2019.105963
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Optics and Laser Technology
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Zheng Fei;Qiu Xuanbing;Shao Ligang;Feng Shiling;Cheng Tong;He Xiaohu;He Qiusheng;Li Chuanliang;Kan Ruifeng;Fittschen Christa
  • 通讯作者：
    Fittschen Christa
Sub-ppb nitrogen dioxide detection based on resonant photoacoustic spectroscopy
基于共振光声光谱的亚ppb二氧化氮检测
  • DOI：
    10.1002/mop.32836
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Microwave and Optical Technology Letters
  • 影响因子：
    1.5
  • 作者：
    Sun Yi;Liu Qiang;Zha Shenlong;Qiu Xuanbing;Chang Hong;Feng Shiling;Guo Guqing;He Xiaohu;He Qiusheng;Li Chuanliang
  • 通讯作者：
    Li Chuanliang
Implementation of the toroidal absorption cell with multi-layer patterns by a single ring surface.
通过单环表面实现具有多层图案的环形吸收池。
  • DOI：
    10.1364/ol.404198
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Optics Letters
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Chang Hong;Feng Shiling;Qiu Xuanbing;Meng Huiyan;Guo Guqing;He Xiaohu;He Qiusheng;Yang Xiaohua;Ma Weiguang;Kan Ruifeng;Fittschen Christa;Li Chuanliang
  • 通讯作者：
    Li Chuanliang
小波降噪对TDLAS干涉抑制的研究
  • DOI：
    10.3969/j.issn.1673-6141.2022.03.005
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    大气与环境光学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    冯仕凌;崔琪;郭心骞;邱选兵;郭古青;和小虎;李传亮
  • 通讯作者：
    李传亮
Palm-Sized Laser Spectrometer with High Robustness and Sensitivity for Trace Gas Detection Using a Novel Double-Layer Toroidal Cell
手掌大小的激光光谱仪，具有高稳定性和高灵敏度，可使用新型双层环形池进行痕量气体检测
  • DOI：
    10.1021/acs.analchem.0c04995
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Analytical Chemistry
  • 影响因子：
    7.4
  • 作者：
    Feng Shiling;Qiu Xuanbing;Guo Guqing;Zhang Enhua;He Qiusheng;He Xiaohu;Ma Weiguang;Fittschen Christa;Li Chuanliang
  • 通讯作者：
    Li Chuanliang

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其他文献

BeX~+ (X=H,D,T)低能电子态的光谱特性研究
  • DOI：
    10.3969/j.issn.1007-5461.2020.01.001
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    量子电子学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    卢丹华;和小虎;赖云忠;王泽育;邱选兵;李传亮
  • 通讯作者：
    李传亮
低激发态CN自由基光谱参数的理论研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    量子光学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    阴旭梅;邱选兵;王高;赖云忠;和小虎;魏计林;李传亮
  • 通讯作者：
    李传亮
基于ab initio的BD~+离子激光冷却理论研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Acta Physica Sinica
  • 影响因子：
    1
  • 作者：
    李亚超;孟腾飞;李传亮;邱选兵;和小虎;杨雯;郭苗军;赖云忠;魏计林;赵延霆
  • 通讯作者：
    赵延霆
碰撞能对H + CH+ ! C+ + H2反应 立体动力学性质的影响
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    物理学报Acta Phys. Sin.
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    和小虎
  • 通讯作者：
    和小虎
Stereodynamics investigation of F + HO-->HF + O(1D) on the ground singlet potential energy surface by means of the quasi-classical trajectory method
F HO的立体动力学研究--
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Canadian Journal of Chemistry
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    赵丹;和小虎;郭玮
  • 通讯作者：
    郭玮

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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