Logowanie do System sprawozdań KDM

Teoretyczne badanie struktur rotacyjno-oscylacyjno-elektronowych homo- i heterojądrowych, dwuatomowych molekuł metali alkalicznych oraz dynamiki procesu fotodysocjacji kontrolowanych za pomocą krótkich impulsów laserowych

Kierownik projektu: Józef Sienkiewicz

Politechnika Gdańska

Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Gdańsk

Streszczenie projektu

Proponowany projekt badawczy w naturalny sposób dzieli się na dwie główne części. Pierwsza z nich dotyczy wyznaczania struktur rotacyjno-oscylacyjno-elektronowych homo- i heterojądrowych, dwuatomowych molekuł metali alkalicznych, natomiast druga część projektu związana jest z badaniem dynamiki procesu fotodysocjacji tych cząsteczek. Inspiracja do rozpoczęcia badań dwuatomowych cząsteczek metali alkalicznych została zaczerpnięta z badań Ahmeda H. Zewaila (nagroda Nobla w dziedzinie chemii, 1999 rok), w których opisał on m.in. dynamikę procesu fotodysocjacji cząsteczki NaI. W jego badaniach pokazane zostało, że w trakcie oscylacji molekuły w stanie wzbudzonym zmienia się charakter wiązania chemicznego utworzonego pomiędzy atomami sodu i jodu z kowalencyjnego na jonowy, co w odpowiednich warunkach znacząco zwiększa prawdopodobieństwo rozpadu cząsteczki. Czas jednej oscylacji cząsteczki NaI w stanie wzbudzonym to ok. 1 ps, zatem aby badać dynamikę reakcji fotodysocjacji w czasie rzeczywistym należy próbkować układ ultrakrótkimi impulsami laserowymi. Pojawienie się laserów opartych na swobodnych elektronach umożliwia obecnie wykorzystanie bardzo krótkich impulsów świetlnych do badania przebiegu reakcji chemicznych w femto- i attosekundowych odcinkach czasowych.

Niniejszy projekt badawczy jest nie tylko kontynuacją dotychczas prowadzonych badań związanych z teoretycznym opisem struktury rotacyjno-oscylacyjno-elektronowej homo- i heterojądrowych, dwuatomowych cząsteczek metali alkalicznych, ale również rozwinięciem ich o metody zależne od czasu, pozwalające na badanie dynamiki reakcji chemicznych zachodzących pod wpływem światła laserowego.

Ze względu na strukturę elektronową atomów wchodzących w skład rozważanych molekuł, zakłada się, że z punktu widzenia femtochemii będą posiadały one równie ciekawe i interesujące właściwości jak cząsteczka NaI. Wiązanie chemiczne powinno wraz z odległością międzyjądrową również zmieniać swój charakter z kowalencyjnego na jonowe, ale ze względu na różnicę mas pomiędzy atomami wchodzącymi w skład cząsteczek okresy oscylacji będą krótsze lub dłuższe, co wpłynie na szybkość reakcji dysocjacji.

W pierwszej części realizacji projektu przeprowadzone zostaną bardzo dokładne obliczenia adiabatycznych krzywych energii potencjalnej dla stanu podstawowego oraz szeregu singletowych i trypletowych stanów wzbudzonych. Badania będą prowadzone w zespole naukowym, który od pewnego czasu specjalizuje się w tego rodzaju obliczeniach prowadzonych za pomocą pakietu obliczeniowego MOLPRO, gdzie można wykorzystać zaawansowane metody obliczeniowe fizyki i chemii kwantowej. Dysponując potencjałami adiabatycznymi wykonane zostaną obliczenia struktury rotacyjno-oscylacyjnej. W tym celu wykorzystany zostanie program LEVEL. Za jego pomocą zostaną wyznaczone również czynniki Francka-Condona oraz współczynniki Einsteina emisji spontanicznej.

W części strukturalnej oprócz bardzo dokładnych potencjałów adiabatycznych, zostaną również policzone radialne współczynniki sprzężenia nieadiabatycznego, a następnie interesujące nas krzywe potencjalne zostaną przedstawione w reprezentacji diabatycznej, wychodzącej poza przybliżenie Borna-Oppenheimera. W celu ustalenia warunku początkowego, policzone również zostaną funkcje dipolowych momentów przejść elektronowych dla rozważanych cząsteczek. Często z braku odpowiednich danych momenty te przybliża się za pomocą stałych niezależnych od odległości międzyjądrowej, co może prowadzić do jakościowo błędnych wyników.

Po przygotowaniu związanym z wyznaczeniem struktury rotacyjno-oscylacyjno-elektronowej cząsteczek, druga część niniejszego projektu polegała będzie na badaniach dynamiki procesu fotodysocjacji rozważanych molekuł. Badane będą różne warianty tego procesu, tak aby otrzymać możliwie optymalny zbiór parametrów potrzebnych do przeprowadzenia badań eksperymentalnych. Za pomocą odpowiednio dobranych impulsów femtosekundowych, układ będzie wzbudzany ze stanu podstawowego do stanów o wyższych energiach. Następnie przeprowadzone zostaną zależne od czasu obliczenia propagacji pakietów falowych oraz zostanie wyznaczone zależne od czasu widmo, co pozwoli na śledzenie wzbudzenia elektronowego i wymuszonego ruchu jąder atomowych. Zbadany zostanie również wpływ kształtu i długości trwania impulsu laserowego na proces dysocjacji, dzięki czemu osiągnięta zostanie kontrola nad dynamiką reakcji chemicznej na poziomie kwantowym. Ostatecznie wyznaczona zostanie zmiana populacji stanów elektronowych rozważanych cząsteczek w czasie oraz przekroje czynne na fotodysocjację. Obliczenia numeryczne wykonane w ramach tej części projektu będą przeprowadzone za pomocą programu WavePacket oraz wielu własnych programów, które są obecnie intensywnie rozwijane.

Publikacje

  1. Piotr Mieczkowski, Teoretyczne badanie struktur rotacyjno-oscylacyjno-elektronowych czasteczki NaLi+, Politechnika Gdanska 1, (2013) 100
  2. M. Wiatr, P. Jasik, J.E. Sienkiewicz, The adiabatic potentials of low-lying electronic states of the NaRb molecule, Physica Scripta brak, (2014) brak
  3. P. Jasik, Photodissociation and photoassociation of alkali diatomic molecules, 1st Meeting of the XLIC Working Group 3, Control of Chemical Reactivity, Birmingham, UK, 14-16.04.2014 brak, (2014) brak
  4. T. Kilich, P. Jasik, J.E. Sienkiewicz, The electronic and vibrational structure of LiCs molecule with spin-orbit couplings. Preliminary results, COST Action 1204 XLIC 2nd General Meeting, Gdańsk, 10 - 12.09.2014 brak, (2014) brak
  5. P. Mieczkowski, P. Jasik, J.E. Sienkiewicz, The vibrational and electronic structure of the NaLi+ molecule, COST Action 1204 XLIC 2nd General Meeting, Gdańsk, 10 - 12.09.2014 brak, (2014) brak
  6. M. Wiatr, P. Jasik, J.E. Sienkiewicz, H. Stoll, The electronic structure of the NaRb molecule with spin-orbit couplings, COST Action 1204 XLIC 2nd General Meeting, Gdańsk, 10 - 12.09.2014 brak, (2014) brak
  7. M.A. Śmiałek, M. Łabuda, J. Guthmuller, M.-J. Hubin-Franskin, J. Delwiche, D. Duflot, N.J. Mason, S.V. Hoffmann, N.C. Jones and P. Limao-Vieira, Valence and ionic lowest-lying electronic states of ethyl formate as studied by high-resolution vacuum ultraviolet photoabsorption, He(I) photoelectron spectroscopy, and ab initio calculations, THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS 141, (2014) 104311
  8. M. G. Pfeffer, L. Zedler, S. Kupfer, M. Paul, M. Schwalbe, K. Peuntinger, D. M. Guldi, J. Guthmuller, J. Popp, S. Gräfe, B. Dietzekf and S. Rau, Tuning of photocatalytic activity by creating a tridentate coordination sphere for palladium, Dalton Transactions 43, (2014) 11676
  9. Jan Franz and Francesco Antonio Gianturco, Low-energy positron scattering from DNA nucleobases: the effects from permanent dipoles, THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL D 68, (2014) 279
  10. M. Wiatr, P. Jasik and J.E. Sienkiewicz, The adiabatic potentials of low-lying electronic states of the NaRb molecule, Physica Scripta 90, (2015) 054012
  11. P. Jasik, The structure of the heteronuclear diatomic alkali molecules with spin-orbit effects. Photoassociation process, 6th International Meeting on Atomic and Molecular Physics and Chemistry IMAMPC 2015 Birmingham, 3-5 August 2015 1, (2015) 1
  12. Tymon Kilich, The theoretical studies of the vibrational and electronic structure of the LiCs molecule, praca inżynierska 1, (2015) 1-70
  13. M. Wiatr, P. Jasik, T. Kilich, H. Stoll, J.E. Sienkiewicz, Quasirelativistic Potential Energy Curves of NaRb for the Direct Spectra Interpretation, Physical Review Letters NA, (2016) NA
  14. P. Jasik, T. Kilich, M. Wiatr, J.E. Sienkiewicz, Potential energy surfaces of the low-lying electronic states of the Li + LiCs system, Chemical Physics NA, (2016) NA
  15. P. Jasik, J.E. Sienkiewicz, J, Domsta, N.E. Henriksen, Electronic structure and time-dependent description of rotational predissociation of LiH, Journal of Chemical Physics NA, (2016) NA
  16. M. Wiatr, P. Jasik, H. Stoll, J.E. Sienkiewicz, The theoretical study of the electronic structure with spin-orbit effects of the NaRb molecule, Journal of Chemical Physics NA, (2016) NA
  17. P. Jasik, Theoretical study of low-energy collisions of the alkali atoms and molecules, 2nd COST XLIC Working Group 3 Meeting Control of Chemical Reactivity, Queen?s University Belfast, 4-5 April 2016 NA, (2016) NA
  18. P. Jasik, The electronic structure and photoinduced processes in the diatomic and triatomic alkali molecules, 23rd International Conference on Spectral Line Shapes Toruń, 19-24 June 2016 NA, (2016) NA
  19. P. Jasik, Theoretical studies of the relativistic electronic structure of the heteronuclear alkali dimers. Prospects for ultracold molecule formation in the deep ground state (1)0+(v = 0; J = 0), 2nd Symposium of Theoretical Physics - STeP Two, Szymbark, 25-27 November 2016 NA, (2016) NA

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk   |   tel. 58-347-24-11
email: office@task.gda.pl   |   NIP: 584-020-35-93