碳掺杂铝团簇AlnC(n=6、7)的电子结构与稳定性

利用从头计算方法优化了Al6C和Al7C的稳定结构,分析了掺入C原子对铝团簇的稳定性及电子结构的影响.计算表明Al6C存在多个能量相近的异构体.在铝团簇中掺入碳原子后C-Al之间形成很强的键,碳原子处在团簇中间并使团簇的稳定性有很大的增加.电子结构的分析表明铝团簇中掺入碳后C的2p和Al的3s轨道形成很好的重叠,并且Al的3p电子转移到C原子使C的2p轨道完全占据.无论是纯的或掺碳的铝团簇,最高的占据轨道均由Al的3p轨道组成,能级位置变化不大.     

碳掺杂铝团簇AlnC（n=6、7）的电子结构与稳定性

摘要 利用从头计算方法优化了Al6C和Al7C的稳定结构,分析了掺入C原子对铝团簇的稳定性及电子结构的影响．计算表明Al6C存在多个能量相近的异构体．在铝团簇中掺入碳原子后C─Al之间形成很强的键,碳原子处在团簇中间并使团簇的稳定性有很大的增加．电子结构的分析表明铝团簇中掺入碳后C的2p和Al的3s轨道形成很好的重叠,并且Al的3p电子转移到C原子使C的2p轨道完全占据．无论是纯的或掺碳的铝团簇,最高的占据轨道均由Al的3p轨道组成,能级位置变化不大．     

铝火花放电的时间分解光谱

制作了一台电子控制的微秒级光谱时间分解器。研究了铝电极间的火花放电光谱,估计了火花通道中的温度及其冷却速率。观察了改变电感及电容时各类谱线的强度随时间的变化与离子谱线和氮线相比较,原子谱线的出现时刻和达到极强值的时刻随电容增大而推迟,离子谱线的出现时间则缩短。各类谱线的出现时刻似乎不因电感的变化而改变。火花温度似乎与能量进入火花隙的速度没有太大关系。     

基于OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的温度测量技术

本文基于OH自由基所固有的分子结构特征,通过分子光谱理论系统地分析和计算了OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的谱线跃迁频率、能级分布以及爱因斯坦自发发射跃迁概率等重要参数.同时结合实际的光谱实验,分析了谱线的自然展宽、碰撞展宽、多普勒展宽以及仪器展宽等各种展宽因索对谱线线型的影响,从理论上计算了任意转动温度、振动温度以及谱线展宽条件下OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的强度分布,并分析了光谱强度分布与转动温度、振动温度以及谱线展宽的关系,为OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱测温技术提供理论依据.在实验过程中通过理论计算光谱与实验光谱进行拟合,对氢气燃烧火焰的转动温度和振动温度进行了初步的实验研究.     

超高速碰撞2A12铝靶过程中Al~+的光谱辐射特征

材料受到强冲击会产生闪光和等离子体效应。通过超高速碰撞实验并结合多种先进测试手段,推导出了适用于计算超高速碰撞产生等离子体电离度的沙哈(Saha)公式,为超高速碰撞过程中弹丸和靶板的物质组成分析提供了强有力的工具。基于二级轻气炮加载系统结合等离子体特征参量诊断的Triple Langmuir probe诊断系统和光谱辐射测量的ESA4000光谱仪系统,进行了3种不同碰撞速度条件下的超高速碰撞实验。实验结果表明,超高速碰撞2A12铝靶产生闪光辐射中包含Al+的光谱辐射;通过实验数据的解析进一步揭示了光谱强度与弹丸速度的关系。随着弹丸速度的增加,Al+的辐射光谱强度增大,由2A12铝激发的Al+光谱中小波长所对应谱线的辐射光谱强度比长波长所对应谱线的辐射光谱强度增加更快。关于2A12铝靶在超高速撞击载荷下产生铝离子的光谱辐射特征以及辐射温度研究在航天器防护空间碎片、导弹拦截、天体物理及深空探测领域具有重要的应用价值,此外,等离子体的特征参量测量和光谱辐射特征研究,对于在微观层面深刻揭示超高速碰撞现象具有重要的理论意义。     

He-Ne放电管荧光光谱增益的实验测试与研究

本实验研究的目的是了解氦和氖原子的能级结构,熟悉有关激光工作能级的激发原理。通过测量氦—氖放电管中氖原子的3S2和2Pi(i=1,2,3……10;i=9除外)自发射辐射光谱的相对强度,求出各能级间的反转粒子数。利用已知的自发发生系数Aij;的数据求出各条谱线的相对增益系数。从而估计出有光谱线出现激光的可能性。氦氖荧光光谱中存在很多光谱成分,分析其中哪些的增益比较高,哪些比较低,对数条谱线进行计算、比较和分析。     

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.     

Al_n(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。     

铝氢化物(AlHn)(n=1～6)几何结构与光谱的研究

采用密度泛函(DFT)中的1B3P86方法,在Dunning的相关一致基组cc-PVTZ水平上,对铝氢化物(AlHn)(n=1～6)可能的几何构型进行优化计算,得出最稳定构型的几何参数、电子结构、振动频率和光谱等性质参数,并给出了最稳定结构的总能量(ET)、结合能(EBT)、平均结合能(Eav)、电离势(EIP)、能隙(Eg)、费米能级(EF)和氢原子差分吸附能(Ediff)等.结果表明铝氢化物基态稳定结构的电子态分别为;n为奇数为单重态1∑g和1A,n为偶数为双重态2A和2Bu;由于Al原子属于缺电子原子,能与等电子原子H化合,通过氢桥键形成氢化物,本文优化计算发现,铝氢化物最稳定的构型都存在氢桥键,且n为奇数的氢化物的氢桥键作用比相邻偶数的氢化物强.最后计算了铝氢化物最稳定结构的红外光谱、平均结合能、电离势、能隙和费米能级等动力学电子特性,分析得出(A1Hn)(n=1～6)氢化物中A1H3的电离势和能隙最大,说明该氢化物最稳定,氢原子差分吸附能最大.     

样品的激光诱导击穿光谱及谱线的自吸收现象

以脉冲Nd∶AG激光器的二倍频输出为激发源,获得了一种家庭用煤的激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectrum,LIBS)。通过对谱线的归属,发现该煤种除包含文献报道的C,Si,Mg,Fe,Al,Ca,Ti,Na,K元素外,还包含Cd,Co,Hf,Ir,Li,Mn,Ni,Rb,Sr,V,W,Zn,Zr等微量元素,谱图中没有出现对应H和O元素的谱线,把该现象归因于H和O原子的跃迁概率较小,而灵敏谱线对应跃迁的上能级能量较大。同时发现随激光脉冲能量的增加,等离子体发射谱线的强度增大,增加到一定程度,K原子766.493和769.921 nm谱线会出现自吸收现象,自吸收的程度随激光能量的增加而增强,出现明显的双峰结构,把自吸收现象归因于原子大的跃迁概率及激光强度增加引起等离子体中粒子数密度的增大。     

超高速碰撞2A12铝板产生的热辐射演化特征实验研究

为研究超高速碰撞2A12铝板产生的热辐射演化特征,构建了超高速碰撞产生热辐射的测量系统。采用实验测量与理论计算相结合的方法,得到了相近碰撞速度(约3 km/s)、不同弹丸入射角度(弹道与靶板平面的夹角)下的闪光辐射强度、闪光辐射温度、光谱辐射能量、辐射源面积及发光效率的演化过程。结果表明:闪光辐射强度、闪光辐射温度及光谱辐射能量均呈现急剧上升后缓慢衰减的特征,并且随着弹丸入射角度的增加而减小;在闪光辐射温度达到峰值后辐射源面积继续上升;弹丸入射角度越小发光效率越高,实验中发光效率数量级为10~(-5)。     

飞秒激光诱导铝等离子体时间分辨光谱研究

在大气环境下利用中心波长800nm、脉宽为30fs的激光聚焦在铝靶上,测定了激光诱导铝等离子体中铝原子的时间分辨发射谱。在局部热平衡条件近似下,根据实验测定的谱线相对强度得到了等离子体的电子温度;研究了激光脉冲能量对等离子体电子温度的影响和等离子体电子温度的时间演化特性。同时,实验发现了394.4nm和396.1nm两条铝原子谱线存在较强的自吸收效应,实验结果表明随着激光脉冲能量的减少和延时的增加,自吸收现象逐渐消失。     

The characteristic spectral lines of target atoms in the impact of ~(40)Ar~(q+) ions on metal surfaces

1 Introduction It has been found that a large number of ions and atoms can be sputtered; and elec-trons and X-ray can be emitted in the impact of slow highly charged ions (SHCI) onmetal surfaces. It has also been shown that a slow highly charged ion can deposit anamount of potential energy ranging from tens to hundreds of keV within a nanometer-sized volume on femtosecond time scale during impinging on a solid surface. Theequivalent power density is about 1014 W/cm2 and bombardment craters …     

200 nm-1000 nm spectra of light emitted in the impact of ~(40)Ar~(10+) upon Al and Si solid surfaces

This paper reports the measured results of the 200 nm-1000 nm characteristic spectral lines of Al, Si and Ar atoms when highly charged ions 40Ar10+ are incident upon Al and P-type Si surfaces. The ion 40Ar10+ is provided by the ECR ion source of the National Laboratory of the Heavy Ion Accelerator in Lanzhou. The results show that when the low-speed ions in the highly charged state interact with the solid surfaces, the characteristic spectral lines of the target atoms and ions spurted from the surfaces can be effectively excited. Moreover, because of the competition of the non-radiation de-excitation of the hollow atom by emitting secondary electrons with the de-excitation process by radiating photons, the spectral intensity of the characteristic spectral lines of Ar atoms on the P-type Si surface is, as a whole, greater than that of Ar atoms on the Al surface.     

260～520 keV Krq+ (8≤q≤17)离子轰击Al靶产生的可见光辐射

低速高电荷态离子与金属表面相互作用,原子从靶材表面溅射,其中一部分处于激发态的溅射原子通过辐射退激产生可见光。在这一相互作用过程中,低速高电荷态离子从靶材表面捕获一个或多个电子进入其激发态,这些处于激发态的入射离子也会通过辐射退激产生可见光。研究表明,离子在靶材中的核阻止本领与溅射原子产额密切相关。为了更好地理解溅射原子的激发过程,认识低速高电荷态离子与金属相互作用过程中,溅射原子的激发概率与入射离子动能和势能之间的关联,研究了260～520 keV Krq+ (8≤q≤17)离子与Al靶相互作用过程中的可见光发射。给出了520 keV Kr13+ 与Al表面相互作用过程中,发射300～550 nm波长范围的发射光谱。实验结果包括溅射的Al原子在309.0和395.9 nm处的共振跃迁,Al+和Al2+分别在358.3和451.6 nm处的共振跃迁,以及Kr+在430.0,434.1,465.8和486.0 nm处的共振跃迁。还给出了谱线强度比值Y(309.0)/Y(395.9),Y(358.5)/Y(395.9),Y(452.8)/Y(395.9)随入射离子动能和势能的变化。结果表明：谱线强度比值均随入射离子动能的增加而增大,而比值Y(309.0)/Y(395.9)随势能的增加而减小。分析表明,在低速高电荷态离子与Al靶相互作用过程中,动能（电子阻止本领）和势能共同作用导致Al原子的激发,与激发态Al(4s)相比,电子布居较高激发态Al(3d)的概率随着离子电子阻止本领的增加而增大,而随着离子势能增加而减小。在低速高电荷态离子与金属表面相互作用过程中,入射离子在靶材中的核阻止本领影响溅射原子产额,而电子阻止本领与激发概率相关。在这一作用过程中,动能和势能共同决定溅射原子的激发概率,当动能和势能在同一数量级时,动能作用比势能作用小两个量级。     

高电荷态Krq+与Al表面碰撞发射可见光的研究

利用低速(V≈0.01 V_Bohr)高电荷态Kr^q+ (q=8, 10, 13, 15, 17)离子轰击金属Al表面, 获得了碰撞过程产生的300–600 nm的光谱. 实验结果表明: 低能大流强(μA/cm²量级)离子束入射金属表面, 可产生溅射原子、离子和入射离子中性化后发射的可见光. 随着入射离子势能(电荷态)增加, 碰撞过程中发射谱线的强度增强. 与激发态3d能级相比, 较高的势能可以有效地激发Al原子的电子到较高4s能级. 关键词： 高电荷态离子 可见光发射 离子与表面作用     

高电荷态离子入射Al表面库仑势对靶原子特征谱线强度的影响

用同一动能(150keV)而不同电荷态的⁴⁰Ar^q+(8≤q≤16)离子入射金属Al表面,靶原子受激辐射产生特征光谱线. 实验结果表明：高电荷态离子与金属表面相互作用过程中,经过与靶原子碰撞(Penning碰撞)交换动能和共振电子俘获(resonant capture)释放库仑势能,将携带的能量沉积于靶表面,使靶原子激发. 这种激发不同于光激发,它不仅激发了原子复杂电子组态之间的跃迁,而且跃迁辐射的特征谱线强度增强的趋势与入射粒子的库 关键词： 高电荷态离子 库仑势 特征光谱 光谱强度     

200 nm–1000 nm spectra of light emitted in the impact of <Superscript>40</Superscript>Ar<Superscript>10+</Superscript> upon Al and Si solid surfaces

This paper reports the measured results of the 200 nm–1000 nm characteristic spectral lines of Al, Si and Ar atoms when highly charged ions ⁴⁰Ar¹⁰⁺ are incident upon Al and P-type Si surfaces. The ion ⁴⁰Ar¹⁰⁺ is provided by the ECR ion source of the National Laboratory of the Heavy Ion Accelerator in Lanzhou. The results show that when the low-speed ions in the highly charged state interact with the solid surfaces, the characteristic spectral lines of the target atoms and ions spurted from the surfaces can be effectively excited. Moreover, because of the competition of the non-radiation de-excitation of the hollow atom by emitting secondary electrons with the de-excitation process by radiating photons, the spectral intensity of the characteristic spectral lines of Ar atoms on the P-type Si surface is, as a whole, greater than that of Ar atoms on the Al surface.