Luận án Tiến sĩ Vật lí: Xác định thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 2 1Π dựa trên số liệu phổ đánh dấu phân cực

Chia sẻ: Bobietbay | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:147

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là đo phổ của NaLi ở trạng thái 21Π bằng kỹ thuật PLS, từ đó xác định chính xác đường thế năng và các đại lượng đặc trưng cho cấu trúc phổ của trạng thái này. Từ đường thế năng tìm được, giải phương trình Schrodinger theo bán kính (RSE) để xác định phân bố mật độ ứng với các mức dao động quay của trạng thái 21Π.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Vật lí: Xác định thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 2 1Π dựa trên số liệu phổ đánh dấu phân cực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN TIẾN DŨNG XÁC ĐỊNH THẾ NĂNG CỦA PHÂN TỬ NaLi Ở TRẠNG THÁI 21Π DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGHỆ AN, 2014 i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN TIẾN DŨNG XÁC ĐỊNH THẾ NĂNG CỦA PHÂN TỬ NaLi Ở TRẠNG THÁI 21Π DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 62.44.01.09 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Đinh Xuân Khoa 2. TS. Nguyễn Huy Bằng NGHỆ AN, 2014 ii
LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Đinh Xuân Khoa và TS. Nguyễn Huy Bằng. Tác giả xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy giáo, những người đã đặt đề tài, hướng dẫn tận tình và động viên tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp và các NCS của khoa Vật lý & Công nghệ Trường Đại học Vinh đã đóng góp nhiều ý kiến khoa học bổ ích cho nội dung của luận án, đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập. Tác giả chân thành cảm ơn Viện Hàn lâm khoa học Ba Lan và giáo sư W. Jastrzebski đã tạo điều kiện thuận lợi để triển khai các phép đo phổ NaLi ở trạng thái 21Π. Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bạn bè, người thân trong gia đình đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả iii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của bản luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Đinh Xuân Khoa và TS. Nguyễn Huy Bằng. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả Nguyễn Tiến Dũng iv
MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................iii LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... iv MỤC LỤC ........................................................................................................ v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .....................................................................viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG SỐ LIỆU .................................... x TỔNG QUAN .................................................................................................. 1 Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHỔ PHÂN TỬ HAI NGUYÊN TỬ.... 8 1.1. Phân loại trạng thái điện tử .................................................................... 8 1.1.1. Các mômen góc và sự phân loại các trạng thái điện tử ....................... 8 1.1.2. Tương quan giữa các trạng thái của phân tử với nguyên tử .............. 10 1.2. Mô tả phân tử theo cơ học lượng tử ..................................................... 12 1.2.1. Hamilton của phân tử hai nguyên tử ................................................. 12 1.2.1. Gần đúng Born - Oppenheimer ......................................................... 13 1.3. Phổ của phân tử hai nguyên tử ............................................................. 16 1.3.1. Phần tử mômen lưỡng cực điện của dịch chuyển .............................. 16 1.3.2. Phổ dao động - quay .......................................................................... 18 1.3.3. Phổ dao động ..................................................................................... 20 1.3.4. Phổ quay ............................................................................................ 22 1.3.5. Phổ điện tử và nguyên lý Franck - Condon ....................................... 24 1.3.6.Tính chẵn-lẻ của các mức năng lượng ................................................ 25 v
1.4. Các phương pháp xác định thế năng theo số liệu phổ ........................ 27 1.4.1. Xác định thế năng theo chuỗi lũy thừa .............................................. 27 1.4.1.1. Khai triển thế năng theo chuỗi Taylor ........................................ 27 1.4.1.2. Khai triển Dunham ...................................................................... 31 1.4.2. Xác định thế năng theo các hàm giải tích .......................................... 32 1.4.2.1. Thế Morse ................................................................................... 32 1.4.2.2. Thế Hulbert-Hirschfelder ............................................................ 35 1.4.3. Xác định thế năng dạng số ................................................................. 36 1.4.3.1. Thế RKR ..................................................................................... 36 1.4.3.2. Thế nhiễu loạn ngược .................................................................. 37 1.5. Thế năng ngoài miền liên kết hóa học .................................................. 40 1.6. Nhiễu loạn trong phổ phân tử ............................................................... 42 1.6.1 Nhiễu loạn điện tử .............................................................................. 46 1.6.2 Tương tác spin-quỹ đạo ...................................................................... 48 1.6.3 Các nhiễu loạn quay............................................................................ 49 1.7. Kết luận chương 1 .................................................................................. 51 Chương 2: PHỔ ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC CỦA NaLi ............................ 53 2.1. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật PLS ..................................................... 53 2.2. Các sơ đồ kích thích ............................................................................... 56 2.3. Biên độ của tín hiệu phân cực ............................................................... 57 2.4. Cường độ tỉ đối của các vạch phổ ......................................................... 62 2.5. Phổ PLS của NaLi .................................................................................. 68 2.5.1. Bố trí thí nghiệm ................................................................................ 68 vi
2.5.2. Tạo các phân tử NaLi ........................................................................ 71 2.5.3. Quy trình đo phổ NaLi....................................................................... 72 2.6. Định cỡ phổ PLS..................................................................................... 73 2.7. Kết luận chương 2 .................................................................................. 77 Chương 3: XÁC ĐỊNH THẾ NĂNG CỦA PHÂN TỬ NaLi .................... 78 3.1. Số liệu phổ thực nghiệm ........................................................................ 78 3.2. Xác định thế năng của NaLi ở trạng thái 21Π ..................................... 82 3.2.1. Các hằng số phân tử ........................................................................... 82 3.2.2. Thế RKR ............................................................................................ 88 3.2.3. Thế IPA .............................................................................................. 92 3.3. Xác định mật độ cư trú các mức dao động ở trạng thái 21Π ........... 101 3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................ 103 KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................. 105 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ................................. 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 109 Phụ lục I ......................................................................................................116 Phụ lục II .....................................................................................................117 Phụ lục III ...................................................................................................118 vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký Đơn vị Ý nghĩa hiệu PLS Phổ đánh dấu phân cực (Polarization Labeling Spectroscopy) RSE Phương trình Schrodinger bán kính (Radial Schrodinger Equation) FC Hệ số Franck – Condon S J "J ' Hệ số Honl – London Re Å Khoảng cách giữa hai hạt nhân ở vị trí cân bằng (độ dài liên kết) R Å Khoảng cách giữa hai hạt nhân U(R) cm-1 Hàm thế năng phân tử T(v,J) cm-1 Số hạng phổ ωe cm-1 Hằng số dao động Be cm-1 Hằng số quay ωexe cm-1 Bổ chính bậc nhất cho hằng số dao động De cm-1 Hằng số liên kết giữa dao động và quay Te cm-1 Năng lượng điện tử PEC cm-1 Đường thế năng (Potential Energy Curve) -1 D e cm Năng lượng phân ly IPA Phương pháp nhiễu loạn ngược (Inverted Perturbation Approach) RLR Å Bán kính Leroy qkl cm-1 Hệ số lambda-kép σ Độ lệch quân phương không thứ nguyên ∆u(i) cm-1 Sai số của phép đo thứ i C6, cm-1(Å)6 C8, cm-1(Å)8 Các hệ số tán sắc C10 cm-1(Å)10 viii
U∞ cm-1 Giá trị thế năng ở giới hạn phân li ( R → ∞) Rmin, Å Khoảng cách hai hạt nhân tương ứng với điểm quay đầu Rmax trái và phải RKR cm-1 Thế năng RKR (do Rydberg, Klein và Rees đề xuất) WKB Gần đúng chuẩn cổ điển (do Wentzel, Brillouin and Keller đề xuất) ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG SỐ LIỆU TT Tên hình Trang 1. Hình 1. Các PEC ở trạng thái bội đơn của phân tử NaLi được tính 3 toán bởi Mabrouk [40]. Hình 2. Các đường thế năng của trạng thái 41Σ+ và 31Π, 41Π, 61Π, 5 2. 71Π phân tử NaLi được tính toán lý thuyết (màu xanh) và thực nghiệm (chấm đỏ). 3. Hình 1.1. Giản đồ quy tắc Hund (a) cho liên kết giữa các mômen góc. 10 4. Hình 1.2. Phân bố độ cư trú của các mức dao động của phân tử 22 5. Hình 1.3. Phân bố các mức quay của HCl ở nhiệt độ T =300 K 24 Hình 1.4. Tính chẵn lẻ của các mức quay của các trạng thái bội đơn 26 6. 1 + 1 - 1 Σ , Σ , Π. 7. Hình 1.5. Dạng điển hình của thế năng phân tử 28 8. Hình 1.6. Mô hình thế Morse của phân tử hai nguyên tử 34 9. Hình 1.7. Sự nhiễu loạn của các mức quay trong trạng thái 41 ∆ g của Li2. 44 10. Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lí của PLS. 53 Hình 2.2. Sự tích lũy (làm nghèo) các mức Zeeman ở trạng thái trên 54 11. (trạng thái dưới) do bơm quang học J” = 2 lên J’ = 1. Hình 2.3. Sự phụ thuộc tiết diện hấp thụ vào MJ đối với các dịch 55 12. chuyển P, Q, R. Hình 2.4. Năm sơ đồ kích thích có thể đóng góp vào tín hiệu phổ 56 13. phân cực 14. Hình 2.5. Sự thay đổi phân cực của chùm dò khi chùm bơm phân cực tròn. 59 15. Hình 2.6. Sự thay đổi phân cực của chùm dò khi chùm bơm phân 61 cực thẳng. x
16. Hình 2.7. Các dịch chuyển của chùm dò và chùm bơm trong cấu 64 hình kích thích chữ V đối với phân tử kim loại kiềm. 17. Hình 2.8a. Bơm 1 Σ←1 Σ , dò 1 Σ←1 Σ . 67 18. Hình 2.8b. Bơm 1 Π ←1 Σ , dò 1 Σ←1 Σ . 67 19. Hình 2.8c. Bơm 1 Σ←1 Σ , dò 1 Π ←1 Σ . 67 20. Hình 2.8d. Bơm 1 Σ←1 Σ , dò 1 Π ←1 Σ . 68 21. Hình 2.8e. Bơm 1 Π ←1 Σ , dò 1 Π ←1 Σ . 68 22. Hình 2.8f. Bơm 1 Π ←1 Σ , dò 1 Π ←1 Σ . 68 23. Hình 2.9. Sơ đồ thí nghiệm PLS cấu hình chữ V. 69 24. Hình 2.10: Lò nung ba ngăn dùng để tạo mẫu NaLi. 71 25. Hình 2.11. Minh họa cho các tín hiệu thu được từ hệ PLS theo sơ 74 đồ hình 2.9. 26. Hình 2.12. Minh họa cho tính toán bước sóng trong công thức 75 (2.23). 27. Hình 2.13. Minh họa một đoạn phổ PLS trước khi định cỡ (bên trên) và 76 sau khi định cỡ (bên dưới) cho trường hợp mức đánh dấu (0, 30). 28. Hình 3.1. Một phần của phổ đánh dấu phân cực đã được quan sát 80 trong trường hợp phân cực thẳng (ở trên) và phân cực tròn (ở dưới) của chùm bơm khi chùm dò tại 496,5nm, các mức đánh dấu (0,30) ở trạng thái cơ bản của điện tử. 29. Hình 3.2. Phân bố trường số liệu tương ứng với số lượng tử dao động v và số lượng tử quay J của NaLi ở trạng thái 21Π 82 30. Hình 3.3. Một đoạn phổ PLS của NaLi ở trạng thái 21Π được dò tại số sóng 15594.71 cm-1 ứng với mức đánh dấu (0, 9). 82 31. Hình 3.4. Một đoạn phổ PLS của NaLi ở trạng thái 21Π được dò tại số sóng 15083.76 cm-1 ứng với mức đánh dấu (0, 5). Dải phổ dao xi
động kết thúc ở mức v’ = 16. Phần phóng to (góc trên bên phải) là 82 hình ảnh các vạch phổ P, Q và R của mức dao động v’ = 16. 32. Hình 3.5. Minh họa cách tính năng lượng phân li của trạng thái 21Π. 86 33. Hình 3.6. Thế RKR của NaLi ở trạng thái 21Π. 91 34. Hình 3.7. Chu trình tìm thế năng của NaLi ở trạng thái 21Π theo phương 93 pháp IPA. 35. Hình 3.8. Thế IPA của NaLi ở trạng thái 21Π. 96 36. Hình 3.9. Phần hàng rào thế của thế IPA của NaLi ở trạng thái 21Π. 97 37. Hình 3.10. Thế hiệu dụng của NaLi ở trạng thái 21Π ở các trạng 97 thái quay J’ = 1, 30, 45 và 57. 38. Hình 3.11 Đường thế năng của NaLi ở trạng thái 21Π được xác 99 định bằng phương pháp IPA ( đường xanh nước biển) và tính toán lý thuyết trong [40] (đường màu đỏ) và [51] (đường xanh lá cây) 39. Hình 3.12. Phần hàng rào thế của thế năng IPA (đường màu xanh) 100 và thế năng được tính toán lý thuyết [40] (đường màu đỏ). 40. Hình 3.13. Phân bố mật độ cư trú của một số mức dao động ở trạng 101 thái 21Π. 41. Hình 3.14. Phân bố mật độ cư trú trên giản đồ thế năng của một số 102 mức dao động ở trạng thái 21Π của NaLi. xii
TT Bảng biểu Trang 1. Bảng 1.1. Mối tương quan giữa các trạng thái phân tử và nguyên tử 11 2. Bảng 1.2. Tương quan giữa độ bội trạng thái nguyên tử và phân tử 12 3. Bảng 2.1. Cường độ tỉ đối ( I ) của phổ PLS khi bơm 1 Π ←1 Σ + 65 4. Bảng 2.2. Cường độ tỉ đối ( I ) của phổ PLS khi bơm 1 Σ + ←1 Σ + 65 5. Bảng 2.3. Cường độ tỉ đối ( I ) của phổ PLS khi bơm 1 Π ←1 Σ + 66 6. Bảng 2.4. Cường độ tỉ đối ( I ) của phổ PLS khi bơm 1 Σ + ←1 Σ + 66 7. Bảng 2.5. Vạch laser dò với các mức đánh dấu (ν, J) tương ứng 73 8. Bảng 3.1. Hằng số phân tử của NaLi ở trạng thái 21Π. 85 9. Bảng 3.2. Các hằng số phân tử của phân tử NaLi ở trạng thái 21Π 88 bằng thực nghiệm và lý thuyết. 10. Bảng 3.3. Thế RKR của NaLi ở trạng thái 21Π. 90 11. Bảng 3.4: Thế năng IPA và hệ số lambda kép q của NaLi ở trạng thái 94 21П. xiii
TỔNG QUAN Hiện nay, phân tử là đối tượng thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu không chỉ trong lĩnh vực vật lí mà cả trong hóa học và sinh học hiện đại. Phần lớn hiểu biết của chúng ta về cấu trúc các phân tử đều dựa trên các phép đo phổ. Dựa vào số liệu phổ quan sát (bước sóng, cường độ vạch phổ, độ rộng vạch phổ) chúng ta có thể biết được thông tin về cấu trúc hay nói cách khác là các trạng thái lượng tử của phân tử (trạng thái điện tử, trạng thái dao động, trạng thái quay). Hiểu biết được tập hợp các trạng thái lượng tử cho phép ta tiên đoán được các tính chất của hệ vĩ mô. Vì vậy, một trong những nhiệm vụ quan trọng của nghiên cứu phổ thực nghiệm là mô tả được chính xác đặc trưng phổ của phân tử dựa trên hàng trăm (thậm chí hàng nghìn) vạch phổ. Trong phổ học phân tử hai nguyên tử, mỗi trạng thái điện tử được đặc trưng bởi một đường thế năng tương tác giữa hai nguyên tử. Khi biết được tập hợp các đường thế năng này thì tần số, cường độ phổ của các dịch chuyển giữa các trạng thái điện tử (bao gồm cả các dịch chuyển dao động và dịch chuyển quay của phân tử) và năng lượng phân ly có thể được xác định. Cường độ dịch chuyển phổ cho biết thông tin về mômen lưỡng cực điện, do đó cho phép xác định các tính chất điện từ của phân tử. Đường thế năng còn cho phép xác định được những miền khoảng cách giữa các nguyên tử mà ở đó liên kết cộng hóa trị hay liên kết Van de Waals cảm ứng đóng vai trò chủ yếu. Xác định được đường thế năng của phân tử ở các trạng thái kích thích cho phép xác định các “kênh” dịch chuyển (đặc biệt là dịch chuyển không bức xạ) trong phân tử, giúp chúng ta giải thích được các quá trình sinh hóa, động học của phân tử trong lĩnh vực Hóa học, Sinh học. Trong lịch sử phát triển của phổ học, có nhiều phương pháp xác định thế năng phân tử theo số liệu phổ thực nghiệm. Trước đây, phương pháp Rydberg- Klein-Rees [12] (viết tắt là RKR) dựa trên lý thuyết chuẩn cổ điển thường được các nhà phổ học sử dụng. Ưu điểm của phương pháp này là thế năng được xác 1
định tại các cặp điểm quay đầu (turning-point) nên dễ đoán nhận được các đặc trưng phổ của phân tử ở các trạng thái dao động. Ngoài thế RKR, thế năng của phân tử cũng có thể được biểu diễn theo các hàm giải tích (thế Morse, thế Lennard-Jones, v.v). Tuy nhiên, với sự phát triển của các kỹ thuật phổ laser phân giải cao thì việc xác định thế năng của phân tử theo các cách truyền thống như vậy là chưa đủ độ chính xác. Hiện nay, phương pháp xác định thế năng có độ tin cậy cao nhất là phương pháp nhiễu loạn ngược [31, 50, 58] (viết tắt là IPA). Trong nhứng năm gần đây, các phân tử kim loại kiềm hai nguyên tử đang thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu phổ học bởi dải phổ điện tử của chúng nằm trong các phổ khả kiến (VIS) và miền tử ngoại (UV). Trong miền phổ này có thể sử dụng các laser thương mại làm nguồn kích thích cho các kỹ thuật phổ phân giải cao để phân giải được cấu trúc quay. Gần đây, các kim loại kiềm còn là đối tượng chính cho các kỹ thuật làm lạnh nguyên tử và phân tử [23,27,30] bằng laser. Tạo ra các phân tử lạnh hiện đang là vấn đề hấp dẫn tại các trung tâm nghiên cứu ở các nước phát triển bởi nó là lĩnh vực nghiên cứu mới liên quan các quá trình va chạm ở nhiệt độ thấp, hóa học ở nhiệt độ thấp, sự ngưng tụ Bose-Einstein. Đặc biệt, với các hệ nguyên tử lạnh người ta đã tạo ra được các hệ “laser nguyên tử” trong phòng thí nghiệm. Sự kiện này được các nhà khoa học chờ đợi sẽ tạo ra được bước đột phá về công nghệ “quang học sóng vật chất” giống như “laser quang học” đã tạo ra bước đột phá trong “quang học phôtôn”. Với thành tựu tạo nguyên tử lạnh, các nhà khoa học đang nghiên cứu khả năng tạo các phân tử lạnh bằng kỹ thuật liên kết quang (photoassociation spectroscopy). Tuy nhiên, trở ngại lớn nhất trong tạo phân tử lạnh là chưa biết được chính xác cấu trúc phổ của các phân tử để thiết lập chính xác các thông số thực nghiệm. Trong số các phân tử kim loại kiềm thì NaLi được đặc biệt quan tâm nghiên cứu vì nó là phân tử dị chất nhẹ nhất và có mô-men lưỡng cực điện vĩnh cửu. Sự tồn tại mô-men lưỡng cực điện vĩnh cửu là đối tượng cho các thí 2
nghiệm về điều khiển chuyển động phân tử bằng trường ngoài [30]. Đến nay, đã có các công trình lí thuyết nghiên cứu về cấu trúc của phân tử NaLi [8,22,38,39,40,51,53,55]. Đặc biệt, gần đây có hai công trình lí thuyết do nhóm Mabrouk [40] và nhóm Petsalakis [51] đã công bố trên 40 trạng thái điện tử của NaLi. Quan sát thế năng của một số trạng thái (Hình 1) cho thấy chúng có dạng kì dị. Vì vậy, kiểm chứng các tiên đoán lí thuyết cho NaLi là một trong các vấn đề quan trọng bởi các tính chất kì dị này liên quan đến các hiệu ứng vật lí quan trọng . U(cm-1) R(A0) Hình 1. Các PEC ở trạng thái bội đơn của phân tử NaLi được tính toán bởi nhóm Mabrouk [40]. 3
Trên phương diện thực nghiệm, từ năm 1951 nhiều nhà phổ học thực hiện các quan sát phổ của NaLi nhưng đều không thành công nên đã có những nghi ngờ về tính bền vững của phân tử này. Tuy nhiên, đến năm 1971 thì phổ của NaLi đã được quan sát lần đầu tiên bởi Hessel [26]. Hessel sử dụng kỹ thuật phổ huỳnh quang cảm ứng laser LIF (Laser Induced Fluorescence) và quan sát được phổ LIF của NaLi trong dãy 11Π → 11Σ+. Kể từ đó nhiều nhóm đã thực hiện các phép đo để khám phá cấu trúc phổ các trạng thái điện tử của NaLi. Phần lớn các thực nghiệm đều được tập trung vào trạng thái cơ bản 11Σ+ [17,18,19,20], trong đó phép đo chính xác nhất được thực hiện bởi Fellow [20]. Fellow sử dụng kỹ thuật LIF kết hợp với biến đổi Fourier đã quan sát được hơn 6400 vạch phổ đến gần giới hạn phân ly của trạng thái cơ bản. Kết quả này cho phép xác định các hằng số phân tử và đường thế năng không quay của 11Σ+. Đối với các trạng thái kích thích, Kappes [32] sử dụng kỹ thuật ion hóa hai phôtôn để nghiên cứu cấu trúc dao động của các trạng thái 21Σ+, 21Π, 31Σ+, 41Σ+, 51Σ+. Tuy nhiên, do thí nghiệm được thực hiện ở độ phân giải thấp (độ phân giải cỡ 5 cm-1) nên Kappes mới chỉ xác định được một vài hằng số phân tử (như Te, ωe, ωexe, và De) nhưng chưa xác định được cấu trúc quay. Tiếp theo Fellows[18] đã nghiên cứu lại trạng thái 21Σ+ của NaLi bằng kỹ thuật LIF kết hợp với biến đổi Fourier và xác định được các hằng số phân tử cùng với thế năng RKR. Sau đó, cũng bằng kỹ thuật đo phổ này, Fellow [19] nghiên cứu lại các trạng thái 11Π, 31Σ+ và đã quan sát thấy các nhiễu loạn ở các trạng thái 11Π, 31Σ+. Gần đây, nhóm nghiên cứu của Jastrzębski ở Ba Lan sử dụng kỹ thuật phổ đánh dấu phân cực (PLS) để nghiên cứu một số trạng thái kích thích cao của NaLi [29, 42,43,44]. Bằng cách lựa chọn tối ưu bước sóng của laser dò cho kỹ thuật PLS, phổ của NaLi ở nhiều trạng thái điện tử khác nhau đã được quan sát. Cấu trúc phổ của phân tử NaLi ở các trạng thái 41Σ, 31Π, 41Π, 61Π, và 4
71Π [29, 42, 43, 44] đã được xác định. Các kết quả thực nghiệm này, không chỉ góp phần làm sáng tỏ cấu trúc phổ của NaLi mà còn làm tiêu chí cho đánh giá độ tin cậy của các nghiên cứu lí thuyết (Hình 2). U(cm-1) Công trình [40] Phần ngoài suy Thực nghiệm R(A0) Hình 2. Các đường thế năng của trạng thái 41Σ+ và 31Π, 41Π, 61Π, 71Π phân tử NaLi được tính toán lý thuyết (màu xanh) bởi Mabrouk [40] và thực nghiệm bởi nhóm Jastrzebski [29, 42, 43, 44] (chấm đỏ). Đến nay, mặc dù đã có nhiều trạng thái kích của NaLi được nghiên cứu (thậm chí lên đến trạng thái 101Σ+) nhưng vẫn còn một số trạng thái thái kích thích thấp chưa được nghiên cứu, chẳng hạn trạng thái 21Π. Gần đây, các 5
nghiên cứu lý thuyết trong [40] và [51] đã cho thấy đường thế năng trạng thái 21Π có hai cực tiểu nên có thể lựa chọn trạng thái 21Π cho làm lạnh phân tử theo kỹ thuật liên kết quang. Tuy nhiên, khi so sánh định lượng thì đường thế năng lý thuyết được tính toán trong hai công trình này sai lệch nhau khá nhiều. Hơn nữa, thực tế cho thấy các tính toán thế năng lý thuyết thường có sai số tương đối lớn (hàng chục, thậm chí hàng trăm cm-1) nên không thể sử dụng để chọn tham số thực nghiệm trong kỹ thuật liên kết quang. Về mặt thực nghiệm, đến nay, trạng thái 21Π mới chỉ được quan sát bằng kỹ thuật ion hóa cộng hưởng 2 photôn bởi Kappes [32] nhưng chưa xác định được cấu trúc quay và chưa xác định được chính xác thế năng. Vì vậy, mặc dù trạng thái 21Π của NaLi hứa hẹn là đối tượng thuận lợi cho các nghiên cứu làm lạnh phân tử nhưng hiện vẫn chưa được mô tả đầy đủ về cấu trúc phổ của nó. Ở Việt Nam, nghiên cứu về cấu trúc các phân tử kim loại kiềm mới chỉ được thực hiện bước đầu ở Trường Đại học Vinh trên cơ sở hợp tác với Viện Hàn lâm khoa học Ba Lan và Đại học South Florida (Hoa Kì). Đặc biệt, với sự giúp đỡ của các chuyên gia nước ngoài, một hệ thống đo phổ bằng kĩ thuật PLS đang được xây dựng ở Trường Đại học Vinh. Đây là điều hết sức thuận lợi trong việc triển khai các nghiên cứu thực nghiệm về phổ phân tử ở trạng thái khí trong tương lai. Trước các thuận lợi và tính cấp thiết của vấn đề được đề cập trên đây, chúng tôi chọn “Xác định thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 21Π dựa trên số liệu phổ đánh dấu phân cực” làm đề tài nghiên cứu của mình. Mục đích của đề tài là đo phổ của NaLi ở trạng thái 21Π bằng kỹ thuật PLS, từ đó xác định chính xác đường thế năng và các đại lượng đặc trưng cho cấu trúc phổ của trạng thái này. Từ đường thế năng tìm được, giải phương trình Schrodinger theo bán kính (RSE) để xác định phân bố mật độ ứng với các mức dao động quay của trạng thái 21Π. Nội dung của đề tài được trình bày trong ba chương được bố cục như sau: 6
Chương 1. Cơ sở lý thuyết phổ phân tử hai nguyên tử. Chương này trình bày cơ sở lý thuyết về phổ của các phân tử hai nguyên. Dựa trên gần đúng Born-Oppenheimer (BO), chuyển động của các nguyên tử trong phân tử được mô tả theo phương trình RSE. Khi đó, mỗi trạng thái điện tử sẽ xác định tương ứng với một đường thế năng. Tiếp theo, chúng tôi trình bày các mô hình thế năng được sử dụng để biểu diễn phổ phân tử hai nguyên tử. Trong một số trường hợp, để xác định chính xác đường thế năng này ta phải tính thêm nhiễu loạn phổ hay sự phá vỡ gần đúng BO. Chương 2. Phổ đánh dấu phân cực của NaLi. Chương này trình bày các nguyên lý cơ bản của kỹ thuật PLS và áp dụng để đo phổ của NaLi ở trạng thái 21Π. Từ số liệu thực nghiệm, chúng tôi trình bày quy trình định cỡ phổ PLS và ước lượng sai số . Chương 3. Xác định thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 21Π. Chương này trình bày các kết quả thực nghiệm về phổ phân tử NaLi ở trạng thái 21Π. Dựa trên số liệu phổ PLS thu được, chúng tôi xác định đặc trưng phổ của trạng thái 21Π theo các mô hình: hằng số phân tử, thế RKR và thế IPA. Từ thế IPA, chúng tôi xác định các hàm sóng dao động, từ đó xác định phân bố mật độ cư trú của các mức dao động trong trạng thái 21Π. 7