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多电子原子在平行电磁场中回归谱的研究

王文鹏  
【摘要】: 近年来,高里德堡原子在强外场中的光吸收现象引起人们广泛的关注,它是研究和发展量子混沌概念的一个典型实例。半经典闭合轨道理论由于具有物理图像清晰、应用范围广泛等特点,被普遍用来解释此类现象,并成为实现联结经典理论和量子理论的重要桥梁。该理论很好地解释了氢负离子在各种外场下的光吸收问题以及氢原子和其他类氢原子和分子在电磁场中的光激发、电子波包动力学、微腔输运以及环境中激发态原子的寿命等问题。 与氢原子相比,对多电子原子(如氦原子,锂原子等),理论处理要困难得多,由于离子实散射的作用,其相应的经典行为是混沌的。通过对多电子原子强场行为的实验与理论研究,人们发现必须考虑离子实的作用,实散射产生了在单电子中没有的组合轨道,使轨道数目迅速增加。闭合轨道理论不再适用,因而必须对理论本身做适当的改进和推广。 本文在扩展的有限分辨率的闭合轨道理论框架内,采用了包括离子实散射的分区自洽迭代方法,结合B.Hüpper的模型势和量子亏损理论,引进适当的模型势,计算了谱的大标度结构(ΔE大,相应时间ΔT小),即作用量较小的闭合轨道的贡献,因为它们对谱性质起决定性作用。我们得到了B = 3.5T,F =18.84V cm情况下,标度能量ε= ? 0.03,主量子数n≈40, M =1三重态He原子和Li原子在平行电磁场回归谱,从中可以看到,短程核势以及离心势作用于闭合轨道和波函数,因而必将对回归谱产生重要影响。与氢原子结果做了比较,进一步证实了上述结论。 为讨论关于磁量子数对谱的影响,我们还研究了在标度能量ε= ? 0.03和标度电场f = 0.01的情况下, M =0三重态He原子和Li原子在平行电磁场中的闭合轨道和光吸收的回归谱。通过经典轨道和回归谱的比较,可以更深入的理解M =1体系不同于M =0体系的动力学特点,得出M = 1情况中离心势会减弱离子实短程衍射效应和电子的关联,并且将显著改变光吸收的回归谱。 对于M =1多电子里德堡原子这一研究领域,我们的工作既是对半经典理论的推广,又是对该理论的验证和完善。由于现在还没有M =1三重态He原子和Li原子在平行电磁场中的回归谱的实验结果的比较,希望理论计算能对未来的实验工作有一定的参考作用。 论文共分为六章。第一章为综述,简要回顾半经典闭合轨道理论的要点及其发展。第二章介绍了模型势和标度变换回归谱学,给出了包括离子实势的多电子原子的模型势,还给出了在平行电磁场中的标度变换。第三章详细描述闭合轨道理论的物理图像和理论推导。第四章计算了平行电磁场中Li ( M =0, M =1)里德堡原子的回归谱,并与H里德堡原子的谱相比较,着重分析核散射和短程模型势效应。第五章给出了He( M =0, M =1)里德堡原子的回归谱,比较分析了两种不同磁量子数下的谱,讨论轴对称的排斥势的影响。第六章是全文的总结,并对可能的发展和应用作补充说明。


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