Trạng thái cơ bản của ion phân tử hydro trong điện trường tĩnh

Bài viết nghiên cứu khảo sát quá trình ion hóa của ion phân tử hydro dưới tác dụng của điện trường tĩnh với một yếu tố nêu trên được thay đổi và hai yếu tố còn lại được xem là tham số không đổi. Để đánh giá mức độ tin cậy của chương trình tính toán, tác giả so sánh kết quả giải số với lí thuyết nhiễu loạn bậc hai (NLB2) và lí thuyết tiệm cận trường yếu (TCTY) mà các thông số liên quan đã có sẵn trong [10] cho một số trường hợp cụ thể.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Trạng thái cơ bản của ion phân tử hydro trong điện trường tĩnh TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION TẠP CHÍ KHOA HỌC JOURNAL OF SCIENCE KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ ISSN: 1859-3100 Tập 15, Số 6 (2018): 37-46 NATURAL SCIENCES AND TECHNOLOGY Vol. 15, No. 6 (2018): 37-46 Email: tapchikhoahoc@hcmue.edu.vn; Website: http://tckh.hcmue.edu.vn TRẠNG THÁI CƠ BẢN CỦA ION PHÂN TỬ HYDRO TRONG ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH Phạm Nguyễn Thành Vinh* Khoa Vật lí - Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Ngày nhận bài: 02-01-2018; ngày nhận bài sửa: 07-02-2018; ngày duyệt đăng: 19-6-2018 TÓM TẮT Chúng tôi khảo sát một cách hệ thống sự dịch chuyển mức năng lượng và tốc độ ion hóa của ion phân tử hydro ở trạng thái 1g dưới tác động của điện trường tĩnh không đổi. Sự phụ thuộc của những đại lượng quan sát được nêu trên vào khoảng cách liên hạt nhân, cường độ điện trường, và góc định phương phân tử được nghiên cứu và thảo luận. Việc so sánh các kết quả giải số với dự đoán của lí thuyết nhiễu loạn bậc hai và lí thuyết gần đúng tiệm cận trường yếu tương ứng cho năng lượng và tốc độ ion hóa cũng được thảo luận nhằm xác nhận sự chính xác của các tính toán của chúng tôi. Từ khóa: điện trường tĩnh, trạng thái 1g, ion phân tử hydro. ABSTRACT The ground state of hydrogen molecular ion in a static field We comprehensively investigate the shift of energy and the ionization rate of hydrogen molecular ion in 1g state induced by a uniform static field. The dependences of these observables on internuclear distance, strength of electric field, and molecular orientation angle are thoroughly studied and discussed. The comparisons of the numerical results with the prediction of secondorder perturbation theory and weak-field asymptotic theory for the energy and ionization rate, respectively, are also discussed for validating our calculations. Keywords: static electric field, 1g state, hydrogen molecular ion. Mở đầu Trong những năm gần đây, sự phát triển của công nghệ chế tạo laser đã thúc đẩy việc tạo ra những xung laser có bước sóng rất dài nằm giữa vùng hồng ngoại với cường độ cao [1]. Các xung laser có bước sóng dài như vậy được cho rằng tạo ra vùng đoạn thời gian (biến thiên rất chậm so với thời gian), trong đó quá trình ion hóa dưới tác dụng của xung laser hoàn toàn tương đương với hiện tượng xảy ra khi sử dụng điện trường tĩnh có cường độ F bằng giá trị tức thời của F(t) của trường laser. Ngoài ra, việc mô tả chính xác quá trình ion hóa là cần thiết cho việc tìm hiểu các hiện tượng phi tuyến trường mạnh như sự phát xạ sóng điều hòa bậc cao [2], quá trình ion hóa kép không liên tiếp [3], cũng như phân bố động lượng của quang electron [4]. Do đó, việc nghiên cứu quá trình ion hóa của 1. * Email: vinhpham@hcmup.edu.vn 37 TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCM Tập 15, Số 6 (2018): 37-46 nguyên tử, phân tử dưới tác dụng của điện trường tĩnh đã thu hút được sự quan tâm trong nhiều thập kỉ qua [5-11]. Về mặt lí thuyết, có một số phương pháp tiếp cận cho vấn đề này như các phương pháp giải số liên quan đến kĩ thuật chuyển đổi tọa độ hoặc sử dụng hàm cơ sở phức [5, 12], các kĩ thuật giải tích [13, 14], và các phương pháp bán thực nghiệm [15]. Gần đây, một kĩ thuật giải số dựa trên phương pháp trạng thái Siegert đã ra đời nhằm giải quyết bài toán này [8]. Phương pháp này lấy ý tưởng từ bài toán tính toán công thức phân tán hạt nhân trong hiện tượng phân rã phóng xạ được đề xuất bởi Siegert vào năm 1939 [16], trong đó hàm sóng chỉ tồn tại hàm ngoại tuyến mà không có hàm sóng tới. Dựa vào kĩ thuật tính số này, tất cả các đại lượng quan sát được của quá trình ion hóa như sự dịch chuyển của mức năng lượng, tốc độ ion hóa, phân bố động lượng ngang của electron ion hóa đều có thể được tính toán [8, 10, 11] cho điện trường có cường độ lớn bất kì. Trong vật lí lượng tử, ion phân tử hydro ( ) là một trong những hệ phân tử đơn giản nhất và được xem như một nguyên mẫu hoàn hảo của mô hình động lực học lượng tử một electron hoạt động [5-7, 10]. Tương tác của hệ phân tử này với điện trường tĩnh thu hút sự quan tâm và nghiên cứu ở lĩnh vực trường mạnh trong những năm gần đây. Việc khảo sát sự phụ thuộc vào khoảng cách liên hạt nhân và cường độ điện trường của các mức năng lượng và tốc độ ion hóa đã được thực hiện vào năm 1996 [5]. Một nghiên cứu sâu hơn về sự phụ thuộc của tốc độ ion hóa vào khoảng cách liên hạt nhân cho hai trạng thái thấp nhất của ion phân tử hydro khi điện trường có một số cường độ xác định [6] đã được công bố trong cùng năm 1996. Một số tính toán khác cho trường hợp thay đổi góc định phương phân tử cũng đã được thực hiện [7, 17]. Tuy nhiên, những công trình nêu trên chỉ xem xét quá trình ion hóa tương ứng với điện trường có cường độ rất yếu sâu trong vùng ion hóa xuyên ngầm. Vào năm 2012, bài toán ion phân tử hydro trong điện trường tĩnh đã được xem xét lại với ba trạng thái khác nhau cho điện trường có cường độ mạnh cũng như xét cho góc định phương bất kì [10] ...