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类锂离子体系(Z=11~20)激发态结构和光谱特性的理论研究

胡木宏  
【摘要】:近年来,全实加关联(FCPC)方法已成功地应用于计算具有1s2-原子实的原子体系基态和低激发态的电离能、激发能、精细结构以及其他性质,均已取得了令人满意的结果.继而,FCPC方法又被用来系统地研究了类锂体系的径向电子密度,超精细结构和g-朗德因子,也得到了很好的结果.作为一种新的组态相互作用(CI)方法,FCPC方法能够得到较高精度的计算结果的主要原因在于:它在有效地考虑和处理体系中电子之间的关联效应、相对论效应、质量极化效应和量子电动力学效应的同时,还有效地克服了传统CI方法在处理具有1s2-原子实的体系时难以摆脱的数值收敛性问题的困扰.FCPC方法也因此成为处理具有1s2-原子实的体系的有效理论方法之一. 本文在上述理论工作的基础上,将FCPC方法的应用进一步拓展到核电荷较大的类锂离子,并与量子亏损理论相结合,对较高离化态的原子体系-核电荷Z =11~20的类锂离子的激发态结构和光谱特性进行了等电子序列的和全能域的系统理论研究: 1.本文利用全实加关联(简称FCPC)方法计算了类锂体系从NaIX到CaXVIII的激发态1s2nl( l = s, p, d, f; n ( 9)的非相对论的电离能和激发能;将相对论效应(电子动能的相对论修正, Darwin项,电子-电子接触项以及轨道-轨道相互作用)和质量极化效应作为微扰,计算了它们对体系能量的修正;为了得到高精度的理论结果,我们利用有效核电荷方法计算了电子的量子电动力学(QED)效应对电离势和激发能的贡献.在此基础上,用在计算体系能量过程中确定的FCPC波函数,通过计算自旋-轨道相互作用和自旋-其它轨道相互作用的期待值得到这些类锂离子1s2nl( l = p, d, f;n ( 9)态的精细结构劈裂.在大多数情况下,本文的理论计算结果与已有的实验数据符合的非常好.本文得到的这些离子激发态(l = 0除外)的精细结构劈裂非常好的符合等电子序列 WP=175 的物理规律(即导致精细结构的主要物理机制-自旋-轨道相互作用沿等电子序列随核电荷增大的变化规律).有理由对与本文计算结果偏离较大的NaIX 1s26d 态的精细结构的现有实验数据的可靠性提出质疑. 2.在FCPC方法得到的这些类锂体系激发态1s2nl (l = 0, 1, 2, 3; 6 ≤ n ≤9 )能量的基础上,根据单通道量子亏损理论确定了这些离子的各个Rydberg系列的作为能量的缓变函数的量子数亏损.用这些量子数亏损作为输入,利用Rydberg公式相当好的重复了上述关于较低激发态能量的FCPC计算结果(相对偏差一般小于0.0035%),从而确保了用本文得到的这些离子的各Rydberg系列的量子数亏损预言这些离子在第一电离阈以下的任意激发态能量的准确性和可靠性.本文得到的数值结果极大地丰富了这方面的基本原子数据,可为光谱学和其他相关领域的研究提供有益的参考. 3.偶极跃迁振子强度是原子体系的最重要的光谱特性.从理论层面说,长度、速度和加速度三种规范的振子强度的计算结果是否一致,是检验所采用的波函数在整个位形空间是否都准确以及所得结果是否可靠的重要判据.本文用FCPC方法得到的波函数和跃迁能计算了核电荷Z =11~20的类锂离子的各种偶极跃迁( n ≤ 9 )的长度、速度和加速度三种规范下的振子强度.所得到的三种规范下振子强度的计算结果相当好的一致,与已有的实验数据(相关的实验数据十分有限)也符合的很好.希望这些符合物理规律的理论结果能为实验工作者和相关领域的研究提供有益的参考和借鉴. 4.利用所得到的上述低激发态之间偶极跃迁的准确可靠的振子强度计算结果与量子亏损理论结合,获得从某一给定初态到相应Rydberg序列所有激发态(包括连续态)的振子强度和振子强度密度,从而实现了对这些类锂体系偶极跃迁性质的全能域研究. 综上所述,本文在较高离化态的类锂体系的结构和光谱特性的理论研究方面取得了一系列新的准确可靠的结果.本文的三个主要特点是:针对(较)高离化态体系这一重要的研究对象;采用等电子序列的研究路线;将FCPC方法与量子亏损理论相结合,从而实现体系结构和光谱特性的全能域的理论研究.


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