核黄素在不同极性溶剂中的光谱特性研究

实验测得核黄素在水、二甲基亚砜(DMSO)和三氯甲烷三种不同极性溶剂中的稳态吸收光谱、荧光光谱和时间分辨荧光光谱,研究了溶剂对核黄素光谱性质的影响。实验结果表明,在不同极性的溶剂中,核黄素的吸收峰位置几乎不变,而荧光光谱峰值随着溶剂极性的增大而出现红移。这是由于溶质分子的电子激发及溶剂化效应引起的电子重新分布导致它在极性溶剂中第一激发单重态能级的变化。在时间分辨荧光光谱实验中,核黄素在水溶液中荧光寿命也高于在其他两种溶剂中,荧光寿命的延长可归因于核黄素与氢键对体溶剂之间的分子间氢键相互作用。应用Gaussian09软件,采用密度泛函理论和含时密度泛函理论,结合基于密度的溶剂化模型,对不同极性溶剂中的核黄素分子进行基态和激发态优化和计算。通过前线分子轨道分析,核黄素的受激跃迁属于苯环和含氮杂环上的π电子向苯环及C N,C O共轭双键的反键轨道π*的跃迁。分子偶极矩的计算结果表明,核黄素分子的第一激发态偶极矩大于基态偶极矩,偶极矩的增大,导致溶质与溶剂分子之间的相互作用的增大。而溶剂分子与溶质分子基态和激发态的相互作用程度不同,使得吸收峰和荧光峰出现不同变化情况。极性越大的溶剂越有利于对激发态的稳定作用,使激发态能量降低,相应的发射波长发生红移。最后,通过分子表面静电势和弱相互作用分析,在水溶剂中考虑氢键作用对核黄素分子光谱的影响。多聚体结构的理论吸收和发射峰值更接近实验结果,说明多聚体结构合理。水分子二聚体与核黄素形成的环状结构,有利于提高核黄素分子的刚性,有利于荧光的发射,减少非辐射跃迁的几率,荧光寿命延长。     

电偶极子模型在天体光谱中的应用

与电介质中非极性分子的位移极化和极性分子的转向极化不同的是,天体致密大气层中的原子及分子间因碰撞也会产生电偶极矩,进而出现吸收过程,是研究带外行星和冷白矮星等天体光谱的重要理论基础.以冷白矮星为例,介绍其大气层中大量原子分子对之间的碰撞诱导偶极矩与电磁辐射相互作用产生的连续谱吸收.     

电介质极化现象的微观机制讨论

从有极分子的电偶极矩与电场相互作用的微观机制出发,讨论了电介质的极化现象,计算了有极分子的电偶极矩与转动能级随外电场的变化情况.     

匀速转动电偶极子的辐射公式

极性分子可以等效为一个电偶极子。极性分子在转动过程中由于正负电荷作向心运动,即正负电荷均作加速运动,因此转动的电偶极子会产生辐射。所以转动极性分子的电磁辐射是电磁学及电磁场研究中的重要内容。基于振荡电偶极子的电磁辐射,把旋转电偶极子等效成二个正交放置振荡电偶极子。在振荡偶极子产生磁势矢与变化电偶极矩关系式的基础上,推导出匀速转动电偶极子辐射公式与转动角速度和电偶极矩间的关系式。     

分子动力学模拟研究方解石表面润湿性反转机理

利用分子动力学模拟技术从分子尺度探究方解石表面润湿性反转机理.首先,研究方解石表面润湿性反转过程;而后,从原油分子-方解石表面与原油分子-原油分子/水分子相互作用两个方面系统揭示方解石表面润湿性反转机理.结果:(1)水分子能够驱离方解石表面弱吸附的非极性分子造成润湿性的改变,但不能驱离强吸附的极性分子使润湿性反转难以实现;(2)原油分子极性越强与方解石表面相互作用越强,极性分子与方解石表面之间主要为静电力,非极性分子与方解石表面之间主要为范德华力;(3)原油分子极性越相近分子之间的相互作用越强,分子极性相差越大分子之间的相互作用越弱.非极性分子之间主要是范德华力,极性分子之间主要是静电力;(4)原油分子在方解石表面和水分子的共同作用下形成乙酸-吡啶-水-甲苯-己烷的稳定吸附序列.本研究为靶向提高采收率技术的设计与应用提供理论基础.     

极性分子摆动态的三体量子关联

极性分子具有较长的相干时间和较强的偶极-偶极相互作用,因此它被视为量子信息处理的有效量子载体.基于分子摆动态作为量子比特,研究了处于热平衡状态下三极性分子线性链系统的三体量子关联特性,分析了三体负性熵纠缠度、测量诱导扰动和三体量子失协随与电场强度、分子电偶极矩、分子转动常数、偶极-偶极相互作用和温度等参数有关的三个无量纲变量之间的变化关系.研究表明:在其他参数给定的情况下,随电场强度的增加,三体量子关联均变小;随偶极-偶极相互作用强度的增大,三体量子关联先增加到峰值再逐渐变小;温度越高,负性熵纠缠度和三体量子失协越小,但测量诱导扰动随温度的改变在电场强度和偶极-偶极相互作用影响下呈现不同的变化趋势.此外,通过调节电场强度、偶极-偶极相互作用和温度,可改变与操控极性分子摆动态的三体量子关联.     

电子激发和溶剂效应对芴酮-甲醇分子间氢键增强现象的理论研究 (cited: 1)

理论研究了电子激发和溶剂效应导致的芴酮-甲醇复合体系中分子间氢键增强现象．通过基态和激发态性质的计算,不仅展示了分子间氢键键长的变化以及变化在振动光谱中的影响,而且揭示了导致氢键变化的内在物理机制：溶质分子的电子激发及溶剂化效应引起的电子重新分布,增大了溶质和溶剂分子的偶极矩,导致了它们之间的相互作用的增大,并最终加强了分子间氢键的强度．还分别对处于液相及气相中的复合体的基态和激发态的几何结构、红外谱、复合体及构成分子的偶极矩进行了理论计算,结果阐明了电子激发与溶剂化效应对氢键变化的贡献,同时还发现只有进一步引入溶剂化效应,复合体的基态、激发态的性质才能与实验达到精确一致．所有激发态均采用所开发的基于含时密度泛函理论解析计算一阶、二阶激发态能量导数的方法．     

LB膜混合聚集体中极性基团相互作用对光学非线性的影响

通过紫外－可见吸收光谱、压力－面积等温线、二次谐波的测量，研究了不同活性分子混合聚集体的形成对ＬＢ膜光学性质的影响。分子极性基团间的相互作用，使激发态能量及平均偶极矩发生变化，导致ＬＢ膜的光学非线性明显地增强或减弱。     

极性染料溶液的微微秒动态荧光光谱移位

本文测量了染料分子DCM、甲酚紫、DODCI和DTDCI在极性溶剂中的微微秒时间分辨荧光光谱;作者将动态的光谱移位归结为由于溶质分子激发态与基态偶极矩的显著差异而引起的周围溶剂分子的介电弛豫;并从动态的光谱移位得到的弛豫时间很接近由连续腔体理论模型求得的计算值,表明连续胜体模型用于描述动态的光谱移位现象是适用的.     

氢键对2-(N-甲基)氨基-5-硝基吡啶分子非线性光学性质的影响

本文在杂化密度泛函理论水平上研究了溶剂对2-(N-甲基)氨基-5-硝基吡啶分子非线性光学性质的影响.在溶剂中,构造了包括氢键作用的超分子体系,在优化结构的基础上分别研究了由极化连续模型模拟的溶剂与该分子的长程相互作用、溶剂与该分子的氢键相互作用以及溶剂与包括氢键作用的超分子体系整体的相互作用对分子的几何结构、非线性光学性质、紫外吸收光谱和电荷分布等特性的影响.结果表明,溶剂中分子电偶极矩、线性极化率和第一超极化率都增大,而溶剂与溶质分子通过氢键形成的超分子结构与单体有着明显区别.因此,氢键对分子结构和性质的影响较大,从而将明显的影响该类分子的非线性光学性质.     

宽气压范围空气中微波击穿电场的计算公式

为了简便快捷地计算微波击穿电场,依据电子扩散模型的基本理论,结合气体放电的基本参量,应用特征扩散长度的概念,给出了适合于规则结构微波部件的击穿电场的计算方法。为避免各种气体参数的不确定性对计算准确度的影响,对等效直流电场与特征扩散长度之间的实验关系进行了拟合,并根据等效直流电场的定义,得出了一个适用于较高气压范围的击穿电场计算表达式。为了将该计算表达式扩展到更低的气压范围,综合考虑了电子扩散模型和基于二次电子发射现象的真空微放电机理,引入了一个合理形式的等效扩散长度,进一步给出了适合于更广气压范围的微波击穿电场的计算表达式,计算结果更符合A.D.Macdonald的实验结果。     

高功率微波窗内外表面闪络击穿流体模拟研究

建立理论模型,将电磁场时域有限差分方法与等离子体流体模型结合,编制一维电磁场与等离子流体耦合程序,数值研究了3 GHz高功率微波窗内外表面闪络击穿的不同物理过程.研究结果表明:外表面闪络击穿中,输出微波脉宽缩短(未完全截止),窗体前均方根场强呈驻波分布,波节与波腹位置不变,窗体外表面形成有一层高密(约10~(21)·m~(-3)量级)极薄(约mm量级)等离子体(扩散缓慢),入射波可部分透过该薄层等离子体,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;降低初始等离子体密度、厚度、入射波场强及缩短入射波脉宽等方式,可不同程度地改善输出脉宽缩短效应.内表面闪络击穿中,窗体前均方根场强亦出现驻波分布f但波节与波腹位置随时间变化),等离子体向波源方向运动;强释气下,输出脉宽缩短(未完全截止),形成多丝状高密(约10~(21)·m~(-3)量级)极薄(约mm量级)等离子体区域(扩散缓慢),间距1/4微波波长,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;弱释气、低场强下,脉宽缩短有所改善(但最终截止),形成多带状致密(约10~(18)·m~(-3)量级)略厚(mm-cm量级)等离子体区域(扩散较快),间距1/4波长,脉宽缩短主要源于等离子体吸收效应;弱释气、高场强下,脉宽缩短严重(很快截止),形成块状高密(约10~(21)·m~(-3)量级)较厚(约cm量级)等离子体区域(扩散迅速),脉宽缩短主要源于等离子体反射效应.     

Effect of electric field on diffusion in disordered materials

The effect of electric field on diffusion of charge carriers in disordered materials is studied by Monte Carlo computer simulations and analytical calculations. It is shown how an electric field enhances the diffusion coefficient in the hopping transport mode. The enhancement essentially depends on the temperature and on the energy scale of the disorder potential. It is shown that in one‐dimensional hopping the diffusion coefficient depends linearly on the electric field, while for hopping in three dimensions the dependence is quadratic.     

Strong dc electric field applied to supersaturated aqueous glycine solution induces nucleation of the gamma polymorph

Applying a strong static electric field to supersaturated aqueous glycine solutions resulted in the nucleation of the gamma polymorph. This is the first report of a strong dc field inducing the nucleation of a neutral solute in a supersaturated solution. We attribute this effect to the electric-field-induced orientation of the highly polar glycine molecules in large preexisting solute clusters, helping them organize into a crystalline structure. This result also lends further support to our proposed optical-Kerr mechanism for nonphotochemical laser-induced nucleation.     

介质材料二次电子发射特性对微波击穿的影响

以介质填充的平行板放电结构为例,本文主要研究了介质填充后微波低气压放电和微放电的物理过程.为了探究介质材料特性对微波低气压放电和微放电阈值的影响,本文采用自主研发的二次电子发射特性测量装置,测量了7种常见介质材料的二次电子发射系数和二次电子能谱.依据二次电子发射过程中介质表面正带电的稳定条件,计算了介质材料稳态表面电位与二次电子发射系数以及能谱参数的关系.在放电结构中引入与表面电位相应的等效直流电场后,依据电子扩散模型和微放电中电子谐振条件,分别探讨了介质表面稳态表面电位的大小对微波低气压放电和微放电阈值的影响.结果表明,介质材料的二次电子发射系数以及能谱参数越大,介质材料的稳态表面电位也越大,对应的微波低气压放电和微放电阈值也越大.所得结论对于填充介质的选择有一定的理论指导价值.     

波导内场增强法测量微波气体击穿

 提出并研究了波导内场增强法测量微波气体击穿的实验方案,在密闭波导内加金属针实现电场增强,通过调节微波源辐射功率及两针距离,使微波传输达到气体击穿的条件。介绍了实验原理及诊断方法,进行了频率2.86 GHz、脉宽180 ns的微波在0.1 MPa空气中的击穿实验,分析了实验中得到的典型波形。结果表明实验现象与设计吻合,验证了该方案研究微波气体击穿的可行性。     

Linking ultracold polar molecules

We predict that pairs of polar molecules can be weakly bound together in an ultracold environment, provided that a dc electric field is present. The field that links the molecules together also strongly influences the basic properties of the resulting dimer, such as its binding energy and predissociation lifetime. Because of their long-range character, these dimers will be useful in disentangling cold collision dynamics of polar molecules. As an example, we estimate the microwave photoassociation yield for OH-OH cold collisions.     

Diffusion Processes in Semiconductor Structures During Microwave Annealing

We present the results of experimental studies of the influence of microwave radiation on the diffusion processes in two different semiconductor materials, namely, InGaAs heterostructures with quantum wells and boron-ion implanted silicon. The experiments were performed in a 30 GHz gyrotron device for microwave processing of materials. We compare the results of heterostructure annealing under microwave and thermal heating. It is found that under microwave heating, the coefficient of In–Ga interdiffusion in InGaAs heterostructures is about an order of magnitude smaller than that under thermal heating at the same temperatures, while the activation energy of diffusion is approximately the same for both heating regimes. In boron-ion implanted silicon, the sheet resistance after annealing at a higher microwave power turns out to be lower than that after annealing at the same temperature and a lower power. This indicates that the microwave field exerts a nonthermal effect on electric activation of dopant atoms. The results show the possibility of optimization of the microwave-annealing regimes to obtain the maximum electric activation at a limited diffusion spreading of the density profile of implanted atoms.     

Criterion for microwave breakdown of gases

An analytical criterion is obtained for microwave breakdown of gases that takes into account the different diffusion coefficients of electrons along and perpendicular to the direction of the electric field. Discharge ignition without electron attachment to the gas molecules and in electronegative gases is examined, along with microwave discharge ignition when a weak dc electric field is applied. Zh. Tekh. Fiz. 69, 25–29 (November 1999)     

Calculation of enhancement factors for solute diffusion in the fcc dilute random alloy

In this paper, we address the enhancement of solute diffusion by solute addition. We focus on the little studied kinetic effect leading to solute enhancement arising from the kinetics of the encounter of a solute atom with a vacancy in the presence of other solute atoms. The study complements an earlier study by two of the present authors of the enhancement of the solvent diffusivity. In the present paper, the fcc random alloy model is employed at the dilute limit. We employ Monte Carlo techniques to calculate the solute diffusion enhancement factors B ₁ and B ₂. Solute correlation factors, upon which the enhancement factors rely in this model, are calculated to a very high precision using long runs and averaging over a very large number of atoms. There is fair agreement with the kinetic treatments of Manning and of Holdsworth and Elliott, and excellent agreement with the self-consistent theory of Moleko et al.