利用量子力学解释原子物理学中问题的一个简单例子

在原子物理学中,碱金属原子的光谱可以用与描述氢原子光谱的相仿的公式来表示,其光谱项可以表示为当n较大时,咸金属原子的能级很接近氢原子的能级;当n较小时,和氢原子能级差别较显著,这里n是主量子数.同时,当角量子数1较大时,咸金属能级很接近氢原子能级;当1较小时,差别较大.以上这些规律很容易从下面这张锂原子的能级图中看出. 在学习原子物理学时,咸金属原子能级和氢原子能级的差别一般都用原子实的极化和轨道的贯穿作了很好的解释.不过多数大都只是定性地说明.关于这一问题的较完满的量子力学分析方法,如 Thomas-Fermi方法,Hartree自洽…     

镓原子的Stark能级结构

里德堡原子的Stark效应在偶极偶极相互作用、量子信息和量子调控等方面具有潜在的应用前景. 本文首先根据零场时镓原子的能级数据, 通过非线性拟合方法获得了镓原子各态的量子亏损, 仔细分析了量子亏损随主量子数的变化特征; 然后利用Numerov算法计算了镓原子的径向波函数; 最后采用矩阵对角化方法, 数值计算了镓原子高里德堡态在场强范围F=0-3000 V·cm^{- 1}时n=7和n=18附近的Stark能级结构. 结果显示在主量子数n=7多重态以上的能级结构中, (n+1)P态的能级接近并大于nD态的能级, 在n=7多重态以下的能级结构中, (n+1)P态的能级接近并小于nD态的能级. 这一现象不同于通常的碱金属原子的Stark结构, 论文对该现象及其他Stark能级结构特征进行了详细分析, 为相关研究工作提供了重要参考价值.     

锡原子奇宇称5pnd和5pns J = 1, 2 Rydberg系列的多通道量子亏损理论研究

利用多通道量子亏损理论（MQDT）,对锡原子奇宇称5pnd和5pns组态的J = 1,2简并受扰Rydberg系列能级进行了理论分析研究. 通过拟合实验能级,得到了MQDT优化参数,所得理论能级值与文献报道的实验结果符合得很好. 由算得的通道混合系数,分析讨论了通道相互作用特性,确定了所有能级的原子态命名. 本文结果有助于人们更好地了解锡原子高激发态的能级结构和组态相互作用特性.     

各向异性光子晶体中二能级原子和自发辐射场间的纠缠

应用Von Neumann熵和Schmid tnumber K两种纠缠度量讨论了各向异性光子晶体中二能级原子和自发辐射场间纠缠度的演化性质.研究发现,原子-光场纠缠度的演化与原子上能级和光子晶体能带带边的相对位置有关,当原子上能级处于光子晶体禁带内,原子-光场纠缠度将保持稳定,当原子上能级处于光子晶体能带中,原子-光场纠缠度先增大后衰减到零.纠缠度的大小还与原子的初态有关.可以通过控制原子的初态和原子上能级与带边的相对位置来控制原子-光场纠缠度的演化特性.     

用玻尔理论统一处理氢原子、电子偶素和氦原子基态能级

用玻尔氢原子理论处理氢原子和电子偶素基态的方法,在假定了氦原子基态的经典模型后,给出了氦原子基态能级和半径,并与实验和量子力学变分法计算的结果作比较,说明玻尔氢原子理论对氦原子基态能级的计算有一定的意义.     

左手性材料对V形三能级原子光谱的影响

本文研究了左手性材料板附近V形三能级原子的动力学演化及辐射光谱特性. 主要考虑了从两上能级向下能级跃迁的电偶极矩相互垂直的情形, 探讨了原子初始状态对辐射光谱的影响. 研究结果表明, 左手材料的反聚焦和相位补偿效应所引发的间接量子干涉, 导致两上能级的原子布居数相互影响, 原子在上能级的寿命明显增长或缩短, 并造成了谱线变窄或展宽.     

计算7Li2振动能级煌振动-转动能级的辛格式矩阵法

利用辛格式矩阵法计算了双原子分子⁷Li₂在A¹Σ_u⁺态的振动能级和振动-转动能级,并与Ley-Koo等的计算结果作了比较.结果显示,辛格式矩阵法是收敛的和可靠的,是计算双原子分子的振动能级和振动-转动能级的合理的数值方法.     

5d过渡金属原子吸附氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了氮化硼纳米管六元环中心吸附5d过渡金属原子后体系的几何结构,电子结构和磁性性质.研究发现,吸附原子向一个氮原子或硼原子偏移;吸附体系在费米能级附近出现明显的杂质能级;各个体系的总磁矩随原子序数出现规律性变化,局域磁矩主要分布在吸附原子上.     

5d过渡金属原子吸附氮化硼纳米管的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 研究了氮化硼纳米管六元环中心吸附5d过渡金属原子后体系的几何结构, 电子结构和磁性性质. 研究发现, 吸附原子向一个氮原子或硼原子偏移; 吸附体系在费米能级附近出现明显的杂质能级; 各个体系的总磁矩随原子序数出现规律性变化, 局域磁矩主要分布在吸附原子上.     

微波调制的里德堡原子集体量子跳跃

对于一个三能级原子体系,原子的两个基态能级通过微波耦合起来,其中一个基态能级可被激发到里德堡态,从而可观察量子跳跃现象.本文采用量子轨线方法研究了微波调制的里德堡原子集体量子跳跃.研究结果表明,微波耦合基态能级可以提高光子关联,增强光子聚束效应,即使较少的原子中也可以观察到系统在高里德堡占据数态和低里德堡占据数态之间的切换.这一结果为将来进一步研究里德堡自旋晶格中的多体动力学提供了新思路.     

双原子分子振动能谱与离解能的精确研究

代数方法(AM)的建立解决了实验方法和精确量子力学理论方法难以获得双原子分子的包含最高振动能级在内的所有高阶振动能级的精确数值这一问题.基于LeRoy与Bernstein的工作,孙卫国等又建立了精确计算双原子分子离解能的新解析表达式.应用新公式和代数方法(AM),研究了一些双原子分子部分电子态的振动能谱和分子离解能,获得了与实验值符合非常好的理论结果.该方法在理论上提供了获得双原子分子完全振动能谱和精确分子离解能的物理新方法.     

微波调制的里德堡原子集体量子跳跃

对于一个三能级原子体系,原子的两个基态能级通过微波耦合起来,其中一个基态能级可被激发到里德堡态,从而可观察量子跳跃现象.本文采用量子轨线方法研究了微波调制的里德堡原子集体量子跳跃.研究结果表明,微波耦合基态能级可以提高光子关联,增强光子聚束效应,即使较少的原子中也可以观察到系统在高里德堡占据数态和低里德堡占据数态之间的切换.这一结果为将来进一步研究里德堡自旋晶格中的多体动力学提供了新思路.     

等离子体屏蔽效应对类氢离子能级结构和辐射跃迁性质的影响

在Debye-Hückel屏蔽近似下,基于相对论Dirac-Fock方法,发展了包括等离子体屏蔽效应的自洽场计算程序.使用该程序研究了等离子体屏蔽效应对类氢离子能级结构和辐射跃迁性质的影响.结果表明,当原子处于等离子体环境中,所有束缚态能级向连续态移动, 移动量随着屏蔽长度的减小而增大.振子强度随屏蔽长度的变化也表现出了相同的规律.进一步分析了相对论效应和等离子体屏蔽效应的耦合,发现对于中Z元素,相对论效应和等离子体屏蔽效应存在较强的耦合.讨论了等离子体屏蔽效应对原子精细结构能级的影响.计算发现,由于等离子体屏蔽效应,原子的能级次序发生了变化,κ简并被消除. 关键词： 等离子体屏蔽 Debye-Hückel 模型 能级结构 跃迁概率     

静电场中铷原子里德堡态反交叉位置和宽度的计算

用碱金属原子的模型势结合B-样条函数展开方法研究了静电场中铷原子里德堡态的能级结构特点,计算了铷原子主量子数n由16到25之间的(n 3)s和(n,k)态间的Stark能级反交叉位置和宽度,得到了与实验相一致的结果,并给出了计算铷原子在静电场中高里德堡态能级反交叉位置的经验公式.     

六方氮化硼单层有序缺陷和无序缺陷体系几何结构、电子结构和磁性性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法,系统研究了12×12的六方氮化硼单层(h-BNS)有序缺陷和无序缺陷对体系几何结构、电子结构和磁性性质的影响,并与理想的h-BNS、一个B原子缺陷体系(V_B)、一个N原子缺陷体系(V_N)进行对比.研究发现:缺陷周围原子位置发生明显改变;硼原子缺陷体系的费米能级向下移动而氮原子缺陷体系的费米能级向上移动,并且硼原子缺陷体系费米能级的相对移动比氮原子缺陷体系费米能级的相对移动大;h-BNS本身没有磁矩,但缺陷体系都有磁矩,其中V_B和V_N体系的总磁矩为1μB,其余的有序和无序缺陷体系的总磁矩也都不为零且B原子缺陷体系的总磁矩明显大于N原子缺陷体系的总磁矩.     

在WBEPM理论中受扰里德堡能级研究

在最弱受约束电子势模型理论下,研究了外来微扰能级对里德堡能级系列的影响,给出了确定外来微扰能级位置的方法.依此计算了钡原子6snp(n≥15).P1和6snd(n≥9)3D3两个里德堡能级系列的量子数亏损和能级.计算结果和实验值的绝对误差在1 cm-1以内,达到了较高的精度.     

Ag原子链的结构稳定性和磁性

采用第一性原理方法研究了Ag原子链的结构稳定性和磁学性质.在结构稳定性方面,计算了线性链、平面之字型、梯型和三条线性原子链组成的T型等链式结构.结果表明,线性原子链的结合能最小,结构最不稳定性;T型结构的结合能最大,结构最稳定.所有这些一维结构的原子间键长都小于Ag体材料的键长,表明一维下原子间的成键比体材料时更强.对Ag线性原子链的磁性计算表明,线性Ag原子链在平衡状态下并不表现出磁性,但是当原子链的原子键长被压缩了约52%时,体系可表现出铁磁性.通过Stoner判据和原子轨道相互作用图像,解释了这种磁性出现的原因. 关键词： Ag原子链 结构稳定性 磁性 从头计算     

动态各向同性光子晶体中二能级原子的自发辐射

研究了动态各向同性光子晶体中二能级原子自发辐射的性质,主要讨论了光子晶体能带带边频率随时间作阶跃调制和三角函数周期调制两种情况下,原子上能级占据数随时间的演化特性.当光子晶体能带带边频率随时间作阶跃调制时,原子上能级占据数随时间的演化不仅和上能级与能带带边的相对位置δ有关,更依赖于阶跃调制发生的时刻.调制发生时刻不同,调制后原子上能级占据数随时间的演化也不同.当光子晶体能带带边频率随时间作三角函数周期调制时,二能级原子上能级占据数随时间作总体衰减的准周期振荡.通过选择调制频率和调制初相位可调控准周期振荡的频率、峰值与谷值的大小以及占据数的总体衰减速度等.     

各向异性光子晶体中∧型原子的自发辐射性质

讨论了各向异性光子晶体中∧型三能级原子的辐射性质.研究发现,原子上能级与光子晶体带边的相对位置和两低能级相对位置将直接影响原子的动力学性质及其周围辐射场的性质.通过数值计算和理论分析,得到了光子晶体中原子周围辐射场在不同位置随时间演化的图像,并讨论了光子晶体对原子辐射谱的影响.     

Aln(n=2～7)团簇的结构和能级分布

采用密度泛函B3LYP的方法研究了小原子团簇Al2～7的几何结构和能级分布,分析了随团簇原子数的增加,团簇的几何结构和费米能级的变化情况.研究结果表明:Al2～7的团簇的几何结构在5个原子以前为平面结构,而从六个原子开始为空间立体的稳定结构.电子壳层结构表明,在铝团簇中没有出现非常明显的象碱金属那样的稳定幻数结构.在Al2～Al7团簇中,能级结构呈现明显的分立特征,费米能级随着原子个数的增加而减小,到Al7时又有所增加,且团簇的能量间隙最小.