Диссертация (1145407), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Äðóãàÿ âàæíàÿ ñïåöèàëüíàÿ òî÷êà îòâå÷àåò áåñêîíå÷íîéîòðèöàòåëüíîé äëèíå ðàññåÿíèÿ ïðè E3 /E2 ≈ 6.7.Ïðèâåä¼ííûå ðåçóëüòàòû äåìîíñòðèðóþò íîâûå óíèâåðñàëüíûå ñâîé-ñòâà ñëàáîñâÿçàííûõ òð¼õ÷àñòè÷íûõ ñèñòåì. Ïðîñòàÿ ïî ñâîåé èçè÷åñêîéïðèðîäå, ìîäèèöèðîâàííàÿ ëèíèÿ Ôèëëèïñà ïðåäîñòàâëÿåò âàæíûé òåñòäëÿ ÷èñëåííîãî è òåîðåòè÷åñêîãî àíàëèçà òð¼õ÷àñòè÷íûõ ñèñòåì, ïðåäîñòàâëÿÿ âîçìîæíîñòü ïðîâåðÿòü ðåçóëüòàòû ðàñ÷¼òîâ ñâÿçàííûõ ñîñòîÿíèéè ðàññåÿíèÿ íà ñîãëàñîâàííîñòü, à òàêæå êëàññèèöèðîâàòü òð¼õ÷àñòè÷íûåñèñòåìû â ñîîòâåòñòâèè ñ ðàçëè÷íûìè äèíàìè÷åñêèìè ðåæèìàìè. Òàêæåïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü ïðîâåðÿòü òåîðåòè÷åñêèå îöåíêè ïîäîáíûå ïðåäñòàâëåííûì â ðàáîòå [93℄ íà îñíîâå àíàëèçà ìîäåëåé âçàèìîäåéñòâèÿ íóëåâîãî ðàäèóñà ýíåðãèè òð¼õ÷àñòè÷íûõ ñâÿçàííûõ ñîñòîÿíèé è äëèíûòð¼õ÷àñòè÷íîãî ðàññåÿíèÿ íà âíóòðåííþþ ñîãëàñîâàííîñòü.Îòêðûâàþòñÿ íîâûå ïîäõîäû ê èññëåäîâàíèÿì óíèâåðñàëüíîãî, åèìîâñêîãî ðåæèìà âçàèìîäåéñòâèÿ äëÿ ñèñòåì íåòîæäåñòâåííûõ ÷àñòèö, ñèñòåì ñ íåòðèâèàëüíîé ñïèí-èçîñïèíîâîé ñòðóêòóðîé.
Îòìåòèì çäåñü, ÷òîäàííûå, ïðåäñòàâëåííûå íà ðèñóíêå 2.5 ñîãëàñóþòñÿ ñ óíèâåðñàëüíîé ÷àñòüþ ëèíèè Ôèëëèïñà, ïîñòðîåííîé íà îñíîâå ìîäåëåé âçàèìîäåéñòâèÿ íóëåâîãî ðàäèóñà [92℄.2.3Îñíîâíûå ðåçóëüòàòû ãëàâûåàëèçàöèÿ ðàçðàáîòàííîãî àâòîðîì ìåòîäà âûñîêîýåêòèâíîãî ðåøåíèÿóðàâíåíèé Ôàääååâà ïðîäåìîíñòðèðîâàëà âîçìîæíîñòü ïðîâîäèòü ïðÿìûåðàñ÷¼òû ñëîæíûõ òð¼õ÷àñòè÷íûõ êâàíòîâûõ ñèñòåì ñ òî÷íîñòüþ, îãðàíè÷åííîé èçè÷åñêèìè ïîãðåøíîñòÿìè êîíñòàíòû ñâÿçè. Áûëè ïðîâåäåíû98âû÷èñëåíèÿ ñâÿçàííûõ ñîñòîÿíèé è íèçêîýíåðãåòè÷åñêîãî ðàññåÿíèÿ â ñèñòåìå ÷àñòèöà-ñâÿçàííàÿ ïàðà ñ áîëüøèì êîëè÷åñòâîì ìîäåëüíûõ ïîòåíöèàëîâ. Èññëåäîâàíî ïîâåäåíèå òð¼õ÷àñòè÷íûõ íàáëþäàåìûõ â îêðåñòíîñòèäâóõ÷àñòè÷íîãî ïîðîãà.Ïðåäëîæåí àíàëîã ëèíèè Ôèëëèïñà â áåçðàçìåðíûõ ïåðåìåííûõ, îïðåäåë¼ííûõ ÷åðåç ÷åðåç äëèíó òð¼õ÷àñòè÷íîãî ðàññåÿíèÿ, ýíåðãèþ òð¼õ÷àñòè÷íîãî ñâÿçàííîãî ñîñòîÿíèÿ è ýíåðãèþ äâóõ÷àñòè÷íîãî ïîðîãà.
Òàêàÿ,ìîäèèöèðîâàííàÿ ëèíèÿ Ôèëëèïñà ïðîäåìîíñòðèðîâàëà íå òîëüêî îæèäàåìóþ ëèíåéíóþ êîððåëÿöèþ ìåæäó áåçðàçìåðíûìè àíàëîãàìè äëèíûðàññåÿíèÿ è ýíåðãèè òð¼õ÷àñòè÷íîãî ñîñòîÿíèÿ â ïðåäåëå ñëàáîñâÿçàííîãîòðèìåðà, íî è áîëåå ñëîæíîå óíèâåðñàëüíîå ïîâåäåíèå â äðóãèõ ðåæèìàõ,ïðè óñëîâèè, ÷òî âçàèìîäåéñòâèå â ñèñòåìå áëèçêî ê åèìîâñêîìó ðåæèìó.Ïðåäëîæåíà ïðîñòàÿ ïàðàìåòðèçàöèÿ ìîäèèöèðîâàííîé ëèíèè Ôèëëèïñà.Àíàëèç ñïåöèàëüíûõ òî÷åê íà óíèâåðñàëüíîé êðèâîé âûÿâèë íîâûå çàêîíîìåðíîñòè äëÿ ñèñòåìû òð¼õ òîæäåñòâåííûõ áîçîíîâ äëÿ âçàèìîäåéñòâèé, áëèçêèõ ê åèìîâñêîìó: äëèíà ðàññåÿíèÿ àòîìà íà äèìåðå îáðàùàåòñÿ â íóëü ïðè îòíîøåíèè ìåæäó ýíåðãèÿìè ñâÿçè òð¼õ÷àñòè÷íîé è äâóõ÷àñòè÷íîé ñèñòåìû E3 /E2 ≈ 2.54, äëèíà ðàññåÿíèÿ ÷àñòèöû íà ñâÿçàííîéïàðå ñòðåìèòñÿ ê ìèíóñ áåñêîíå÷íîñòè ïðè E3 /E2 ≈ 6.7.99ëàâà 3Ïîðîãîâûå ýåêòû â ðåçîíàíñíîì àíèçîòðîïíîì ðàññåÿíèèíèçêîýíåðãåòè÷åñêèõ äèïîëåé òî âðåìÿ êàê â èññëåäîâàíèÿõ ðàçðÿæåííûõ àòîìàðíûõ ãàçîâ ïðè ñâåðõíèçêèõ òåìïåðàòóðàõ áûëè ñäåëàíû ñóùåñòâåííûå óñïåõè, ðåçóëüòàòîâ, êàñàþùèõñÿ ñâåðõõîëîäíûõ ìîëåêóëÿðíûõ ãàçîâ - îñîáåííî ñîñòîÿùèõ èç ïîëÿðíûõ ìîëåêóë - ïîëó÷åíî ñóùåñòâåííî ìåíüøå.
Ïåðâûå ýêñïåðèìåíòû ñàíñàìáëÿìè çàõâà÷åííûõ â ëîâóøêó ïîëÿðíûõ ìîëåêóë áûëè ïðåäñòàâëåíûâ ðàáîòå [18℄. Ìîëåêóëÿðíûå ãàçû ñóùåñòâåííî ñëîæíåå îõëàäèòü, íåæåëèàòîìíûå, è òåìïåðàòóðû ïðè êîòîðûõ êâàíòîâûå ýåêòû íà÷èíàþò èãðàòü ñóùåñòâåííóþ ðîëü îêàçûâàþòñÿ ñóùåñòâåííî áîëåå íèçêèìè. àçâèâàþòñÿ íîâûå òåõíèêè îõëàæäåíèÿ è óäåðæàíèÿ ñâåðõõîëîäíûõ ìîëåêóë,êàê íàïðèìåð ñîçäàíèå çàìåäëèòåëåé [19℄ è ïîëó÷åíèå ìîëåêóëÿðíûõ ãàçîâèç óëüòðàõîëîäíûõ àòîìíûõ ãàçîâ ïîñðåäñòâîì îòîàññîöàöèè [20℄.Ìíîãî÷èñëåííûå òåîðåòè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ ìîëåêóëÿðíûõ ñòîëêíîâåíèé ïðè íèçêèõ è ñâåðõíèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ïðîâîäÿòñÿ â ïîääåðæêóóñèëèé ýêñïåðèìåíòàòîðîâ [21, 22, 23, 24, 25℄.
Ñðåäè èíòåðåñíûõ òåîðåòè÷åñêèõ ðåçóëüòàòîâ ìîæíî îòìåòèòü îáíàðóæåíèå ðåçîíàíñîâ â óïðóãîìðàññåÿíèè ïðè íóëåâûõ ýíåðãèÿõ äëÿ ïðàêòè÷åñêè ëþáûõ ïîëÿðíûõ ìîëåêóë, îðèåíòèðîâàííûõ âî âíåøíåì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå [26℄. Ïàðàìåòðûýòèõ ðåçîíàíñîâ ìîæíî ïîäñòðàèâàòü ñèëîé âíåøíåãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, òåì ñàìûì ÷òî îáåùàåò ñîçäàíèå íîâîãî òèïà ñïåêòðîñêîïèè [27℄, ýòèæå ðåçîíàíñû íàáëþäàëèñü â ÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ äëÿ àíñàìáëåé â100ëîâóøêå [28℄. Àâòîðîì äèññåðòàöèè áûë ïîêàçàí óíèâåðñàëüíûé õàðàêòåðïîäîáíûõ ðåçîíàíñîâ â ñâåðõõîëîäíûõ ñòîëêíîâåíèÿõ áîçîíîâ [29℄. Âïîñëåäñòâèè áûëà ïðîèçâåäåíà êëàññèèêàöèÿ òàêèõ ðåçîíàíñîâ è ïðîèçâåä¼í ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ñåðèé ðåçîíàíñîâ äëÿ áîçîííûõ è åðìèîííûõïîëÿðíûõ ìîëåêóë. Ýòè, íîâûå ðåçóëüòàòû è ïðèâåäåíû â íàñòîÿùåé ãëàâå.Ïîä÷åðêí¼ì âàæíîñòü èññëåäîâàíèÿ ðåçîíàíñîâ äëÿ îïèñàíèÿ ñâåðõõîëîäíûõ ìîëåêóëÿðíûõ ãàçîâ: 1) îêîëîïîðîãîâûå ñòîëêíîâåíèÿ ïîëÿðíûõìîëåêóë áîãàòû ðåçîíàíñàìè, îáóñëîâëåííûìè îòíîñèòåëüíî äàëüíîäåéñòâóþùèì äèïîëü-äèïîëüíûì âçàèìîäåéñòâèåì; 2) õàðàêòåðèñòèêè ðåçîíàíñîâ òåñíî ñâÿçàíû ñî ñâîéñòâàìè áîëåå êîðîòêîäåéñòâóþùèõ ñèë; 3) ðåçîíàíñû èìåþò ðåãóëÿðíóþ ñòðóêòóðó è ìîãóò áûòü îïèñàíû ïðîñòûìèïîëóêëàññè÷åñêèìè îðìóëàìè; 4) õàðàêòåð è ðàñïîëîæåíèå ðåçîíàíñîâñóùåñòâåííî ðàçëè÷àþòñÿ äëÿ ñòàëêèâàþùèõñÿ áîçîíîâ è åðìèîíîâ; 4)óãëîâîå ðàñïðåäåëåíèå ïðîäóêòîâ ðåàêöèè äëÿ íèçêîýíåðãèòè÷åñêèõ, îêîëîïîðîãîâûõ ñòîëêíîâåíèé îäíîçíà÷íî ñâÿçàíî ñ õàðàêòåðèñòèêàìè ðåçîíàíñà; 5) ñåðèè ðåçîíàíñîâ óíèâåðñàëüíû, è ïðè íåáîëüøèõ ðàçëè÷èÿõ âïðèëîæåííîì âíåøíåì ïîëå ìîãóò áûòü ðåàëèçîâàíû äëÿ ïðàêòè÷åñêè ëþáûõ ñèëüíî ïîëÿðíûõ ìîëåêóë.
Òàêîå ðàçíîîáðàçèå ýåêòîâ â ïîðîãîâûõðåçîíàíñàõ ïðè äèïîëü-äèïîëüíîì ðàññåÿíèè äàåò íàäåæäó, ÷òî åùå áîëååèíòåðåñíûå ýåêòû ìîãóò áûòü îáíàðóæåíû â ðàññåÿíèè íåñêîëüêèõ ïîëÿðíûõ ÷àñòèö ïðè ðàçâèòèè òåõíèêè ýêñïåðèìåíòà â ñòîðîíó ðåàëèçàöèèñâåðõõîëîäíûõ êâàíòîâûõ ãàçîâ äëÿ ïîëÿðíûõ ìîëåêóë. Îòìåòèì òàêæå èìåòîäè÷åñêóþ âàæíîñòü èññëåäîâàíèÿ ïîëÿðíûõ ìîëåêóë. Íåöåíòðàëüíîåâçàèìîäåéñòâèå â äâóõ÷àñòè÷íîé ñèñòåìå ïîðîæäàåò ïðîñòîé ïðèìåð ìíîãîêàíàëüíîé çàäà÷è ñ íåòðèâèàëüíûìè ñâîéñòâàìè. Âîçìîæíîñòü óïðàâëåíèÿ âçàèìîäåéñòâèåì â òàêîé ñèñòåìå âíåøíèì ïîëåì îòêðûâàåò ïîòåíöèàëüíûå âîçìîæíîñòè íå òîëüêî äëÿ èññëåäîâàíèÿ äèïîëü-äèïîëüíîãî âçàè101ìîäåéñòâèÿ, íî è âîçìîæíîñòè èññëåäîâàíèÿ îêîëîïîðîãîâûõ ñâîéñòâ íåïîëÿðèçîâàííûõ ñèñòåì.3.1Âçàèìîäåéñòâèå ïîëÿðíûõ ìîëåêóë íà áîëüøèõ ðàññòîÿíèÿõÑóùåñòâóåò ìíîãî ìîëåêóë òàêèõ êàê ùåëî÷íî-ãàëèäíûå ñîëè êîòîðûåâ íèçêîýíåðãåòè÷åñêèõ âíóòðåííèõ ñîñòîÿíèÿõ îáëàäàþò ñèëüíûìè ïîëÿðíûìè ñâîéñòâàìè.
Îäíàêî, â îòñóòñòâèè âíåøíèõ ïîëåé, âñëåäñòâèå ñîõðàíåíèÿ ÷åòíîñòè, äàæå ýòè ñèëüíî ïîëÿðíûå ìîëåêóëû èìåþò íóëåâîé äèïîëüíûé ìîìåíò.  ïðîöåññå ñòîëêíîâåíèé, ìåæìîëåêóëÿðíûå âçàèìîäåéñòâèÿ ìîãóò íàâåñòè äèïîëüíûé ìîìåíò ó ýòèõ ìîëåêóë äàæå â îòñóòñòâèèâíåøíåãî ïîëÿ, íî âîçíèêàþùåå âçàèìîäåéñòâèå îáû÷íî èìååò õàðàêòåðäîâîëüíî ñëàáîãî èçîòðîïíîãî Âàí-äåð-Âààëüñîâà ïðèòÿæåíèÿ (1/r6 ) íàáîëüøèõ ìåæìîëåêóëÿðíûõ ðàññòîÿíèÿõ. Èíòåðåñóþùèå íàñ áîëåå ñèëüíûå (1/r3 ) àíèçîòðîïíûå âçàèìîäåéñòâèÿ òðåáóþò ïðèëîæåíèÿ âíåøíåãîýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, E~ , çàòðàãèâàÿ ñîñòîÿíèÿ ðàçíîé ÷åòíîñòè è ñîçäàâàÿçàâèñÿùèé îò ïðèëîæåííîãî ïîëÿ äèïîëüíûé ìîìåíòµ~ (E) = −(dE)Ê .dE(3.1)Âåëè÷èíà è çíàê íàâåä¼ííîãî ìîìåíòà, µ, òàêèì îáðàçîì, çàâèñÿò îòêîíêðåòíûõ äåòàëåé øòàðêîâñêîãî ñäâèãà E(E) äëÿ êîíêðåòíîé èññëåäóåìîé ìîëåêóëû [30℄.
 îáùåì ñëó÷àå, ïðè íóëåâûõ ïîëÿõ, äâà ìîåëåêóëÿðíûõ ñîñòîÿíèÿ ðàçíîé ÷åòíîñòè ðàçäåëåíû ýíåîãåòè÷åñêîé ùåëüþ, òàê ÷òîE(E) äëÿ ìàëûõ ïîëåé âåä¼ò ñåáÿ êâàäðàòè÷íî. Ïðè áîëüøèõ ïîëÿõ, øòàðêîâñêîå ðàñùåïëåíèå ïåðåõîäèò â ëèíåéíûé ðåæèì, íàâîäÿ ìàêñèìàëüíûéäèïîëüíûé ìîìåíò ~µ → d~ = qsdˆ, ãäå q - íåêîòîðûé ýåêòèâíûé çàðÿä, à s - íåêîòîðàÿ ìåðà õàðàêòåðíîé äëèíû ðàçäåëåíèÿ çàðÿäà âäîëüíàïðàâëåíèÿ ïîëÿ, êàê ïðàâèëî èìåþùàÿ ïîðÿäîê âåëè÷èíû íåñêîëüêèõ102áîðîâñêèõ ðàäèóñîâ.
Âåëè÷èíà ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ, íåîáõîäèìîãî äëÿ íàâåäåíèÿ ìàêñèìàëüíîãî äèïîëüíîãî ìîìåíòà µ çàâèñèò îò âåëè÷èíû ýíåðãåòè÷åñêîé ùåëè ïðè íóëåâîì ïîëå; ìîëåêóëû ñ îñíîâíûì Σ-ñîñòîÿíèåì, êàêïðàâèëî èìåþò áîëüøóþ ýíåðãåòè÷åñêóþ ùåëü è òðåáóþò âåñüìà ñèëüíûõïîëåé äëÿ çàìåòíîé ïîëÿðèçàöèè. Ìîëåêóëû â Π ëèáî ∆ ñîñòîÿíèÿõ ìîãóò áëàãîäàðÿ Λ-óäâîåíèþ ìîãóò èìåòü äîâîëüíî ìàëûå ùåëè, è íàâåäåíèåçàìåòíîãî äèïîëüíîãî ìîìåòà òðåáóåò ïîëåé óìåðåííîé âåëè÷èíû.Äëÿ îñíîâíîãî âèáðàöèîííîãî ñîñòîÿíèÿ Σ-ìîëåêóë âåëè÷èíà µ(E) ìîæåò áûòü îöåíåíà êàê~µ = −(dEE)ẑ = −d2 ẑdE3B(3.2),ãäå B - ðîòàöèîííàÿ ïîñòàÿííàÿ ìîëåêóëûè ẑ - åäè÷íè÷íûé âåêòîð â íàïðàâëåíèè ïîëÿ.
 òàáëèöå 3.1 ïðèâåäåíû òèïè÷íûå çíà÷åíèÿ ñîáñòâåííîãîäèïîëüíîãî ìîìåíòà d è ðîòàöèîííûå ïîñòîÿííûå B ìíîãèõ ìîëåêóë â Σñîñòîÿíèè [38℄.Òàáëèöà 3.1: Âàæíûå äèïîëüíûå è ðîòàöèîííûå êîíñòàíòû Σ-ìîëåêóë. 2.928(−05) îáîçíà÷àåò 2.928 × 10−05. Äèïîëüíàÿ äëèíà D =µ2 M/h̄2 âû÷èñëåíà â ïðåäïîëîæåíèè ïîëíîéïîëÿðèçàöèè ìîëåêóëû (µ = d).MoleuleB0 ,a.u.d, a.u.M/meDH127 I2.928(-05) 0.1762 116584.9233618H35 Cl4.757(-05) 0.436232790.7366239H37 Cl4.750(-05) 0.435934610.9356578H79 Br3.805(-05) 0.325472848.2417715H81 Br3.803(-05) 0.325474669.2647908H19 F9.368(-05) 0.718710318234.56294186LiH3.444(-05) 2.31496401.025343036LiD1.978(-05) 2.30947318.190390297LiH3.374(-05) 2.31437313.273391707LiD1.908(-05) 2.30878230.43843868Si16 O3.300(-06) 1.219040077.8815955573Ge16 O2.211(-06) 1.291581044.14013517474Ge16 O2.206(-06) 1.291581953.5051366906Li19 F6.820(-06) 2.489522798.4341413007Li19 F6.083(-06) 2.488523710.68214683540Ca35 Cl 6.931(-07) 1.678168295.83319232040Ca37 Cl 6.731(-07) 1.678170116.0331974467Li35 Cl3.643(-06) 2.793537354.6082915107Li37 Cl3.614(-06) 2.793539174.808305714Na19 F1.980(-06) 3.208938269.8793940787Li79 Br2.518(-06) 2.439478324.3614660937Li81 Br2.513(-06) 2.439480145.384476930K19F1.270(-06) 3.380852829.231603832Na35 Cl 9.899(-07) 3.541652826.053662585207Pb16 O 1.396(-06) 1.8256 203225.448677339208Pb16 O 1.396(-06) 1.8256 204137.580680380Na37 Cl 9.900(-07) 3.5415685369282339232354646.2536Li127I2.338(-06) 2.9228 121148.795 10349367Li127I2.010(-06) 2.9228 122061.043 104273039K35Cl5.844(-07) 4.040467385.406110005539K37Cl5.677(-07) 4.040369205.605112970488Sr16 O1.535(-06) 3.501894699.5391161235Na79 Br 6.870(-07) 3.587692883.55811955262310423Na81 Br 6.832(-07) 3.587613894704.5811218965Ba16O 1.421(-06) 3.1295 140271.411 1373829Na127I5.353(-07) 3.6338 136620.240 180404439K79 Br3.691(-07) 4.1816 107442.911 187869739K81 Br3.661(-07) 4.1815 109263.934 1910503K127 I2.768(-07) 4.2572 151179.593 27399342339Ìíîãî÷èñëåííîñòü ïîëÿðíûõ ìîëåêóë, êîòîðûå ìîãóò áûòü çàõâà÷åíû âëîâóøêó (ïðè ðàçâèòèè ñîîòâåñòâóþùåé òåõíèêè ýêñïåðèìåíòà) - îäíà èçïðè÷èí çíà÷èòåëüíîãî èíòåðåñà ê äàííîé îáëàñòè èññëåäîâàíèé.Ïðè ðàññòîÿíèÿõ ìåæäó ìîëåêóëàìè, ñóùåñòâåííî ïðåâûøàþùèõ õàðàêòåðíûé ìàñøòàá ñìåùåíèÿ çàðÿäîâîãî öåíòðà, r ≫ s, âçàèìîäåéñòâèåìîëåêóë ñâîäèòñÿ ê âçàèìîäåéñòâèþ äèïîëåéid2 h ˆ ˆˆˆV (~r) = 3 d1 · d2 − 3(r̂ · d1 )(r̂ · d2 )r(3.3)ëåêóë â îäèíàêîâûõ ñîñòîÿíèÿõ îðèåíòðîâàííûõ âäîëü ïîëÿh̄2 2 µ2−∇ + 3 1 − 3(r̂ · ẑ)2 ψ(~r) = Erelψ(~r) ,2Mr(3.4)ïðèâîäÿùåìó ê óðàâíåíèþ Øð¼äèíãåðà äëÿ äâóõ âçàèìîäåéñòâóþùèõ ìî-ãäå ẑ - åäèíè÷íûé âåêòîð âäîëü íàïðàâëåíèÿ ïîëÿ, M - ïðèâåä¼ííàÿ ìàññà.