电子动量谱仪的多参数获取系统研制和He原子的电子动量谱测量

电子动量谱仪的多参数获取系统研制和He原子的电子动量谱测量

庞文宁[1]1995年在《电子动量谱仪的多参数获取系统研制和He原子的电子动量谱测量》文中进行了进一步梳理电子动量谱学(Electron Momentum Spectroscopy)是原子分子物理学研究的一个重要的前沿课题,是开展原子分子结构研究工作所用的最重要手段之一。由于它不仅能得到原子分子的电离能和电离微分截面信息,而且能得到原子和分子中能壳分辨的电子态波函数信息,使得其意义重大。我们在国家自然科学基金重大项目(该项目由于敏院士主持)和中国科学院的重点支持下,研制成功了一台先进的多功能电子动量谱仪,为开展电子动量谱学的研究工作提供了必要的实验设备。该课题已通过中国科学院院级鉴定。 本论文的工作是参加(e,2e)电子动量谱仪的研制。论文工作的主要重点在:①电子动量谱仪的电子学系统(多参数数据获取系统、多道时间分析系统、计算机控制系统、在线和离线计算机之间的通讯)的研制;②设计和编写了功能较强的计算机在线软件系统。③测量了He原子的电子动量谱,并计算了He(e,2e)He~+的三微分截面,实验结果与理论计算吻合的较好,同时我们还比较了UBC大学Brion实验组提供的理论计算结果,与我们的实验测量结果和理论计算结果基本一致。 本文共分六章。第一章对电子动量谱学研究的意义、发展历史进行了回顾;并通过查阅大量的文献资料归纳总结出二十一年来(1973-1994)国际上关于原子分子的电子动量谱学实验研究方面的成果;对国内外实验研究现状进行了总结。第二章分析和阐述了EMS的基本原理和基本理论方法。第三章描述我们研制成功的多功能电子动量谱仪,以及介绍了电子动量谱学的实验方法。第四章重点论述(e,2e)电子动量谱仪的电子学系统的研制。第五章介绍计算机在线软件系统的设计。第六章给出了我们对He原子的电子动量谱测量和理论计算结果。最后是作者对论文工作的概括和总结,并提出了一些进一步研究的看法和建议。

庞文宁, 陈向军, 杨炳忻, 郑延友, 徐克尊[2]1996年在《He原子电离能谱和He的1s电子动量谱测量》文中指出介绍利用作者最近研制成功的先进的多功能(e,2e)电子动量谱仪实验装置测量得到的He原子电离能谱和He的1s电子动量谱实验结果。

庞文宁[3]1997年在《1.乙烷分子的电子动量谱学研究 2.第二代电子动量谱仪研制 3.第三代电子动量谱仪的多参数符合测量系统研制》文中指出电子动量谱学(Electron Momentum Spectroscopy)是研究原子及分子的电子态结构的一门新兴的实验技术,也是物理分析仪器的一个新项目。电子动量谱学的基本原理是(e,2e)碰撞单电离反应,它提供了一种比光电子能谱(PES)方法更灵敏的与量子化学理论计算相比较的方法。传统的原子和分子谱学研究中,例如PES和相关实验技术得到的主要信息是能级结构。而在电子动量谱学实验中,它不仅能测得靶系统电子的结合能,以及显示主要的跃迁和伴线结构,还能相当直观和精细地得到原子和分子各轨道电子的动量分布和电子关联信息。 本研究报告包括两个主要方面:首先阐述了电子动量谱学的基本原理和基本理论方法,并介绍第二代电子动量谱仪的总体结构,以及在完成该实验装置进一步的完善工作后,对其性能进行了仔细调试,使得谱仪的能量分辩率达到0.9eV。在此基础上,测量得到乙烷分子(C_2H_6)价轨道电子的结合能谱和动量谱,并用EMS方法测量得到氮分子(N_2)和丙烷分子(C_3H_8)价轨道电子的电离能谱。同时也将实验结果与基函数为6-311G+(d,p)的RHF波函数的理论计算进行了比较;另一方面详细介绍了第三代电子动量谱仪的多参数符合测量系统设计。

苏国林[4]2006年在《用电子动量谱学研究分子芯轨道及一些基本物理化学问题》文中提出电子动量谱学(Electron Momentum Spectroscopy,EMS)以其能够同时测量物质中电子态的能量分布和动量分布的优势,而发展成为研究物质的电子结构和电离机制的强有力的工具,是当前物理与化学、生物、材料、医药等多学科交叉的前沿领域之一。本论文工作主要分为两个部分:用电子动量谱学对分子芯轨道及电子关联效应、扭曲波效应、化学位移等基本物理化学问题的研究和电子动量谱仪的更新换代(即数据获取系统的研制)。本论文在国际上首次利用EMS开展分子芯轨道(core orbitals)化学位移研究。N2O分子两个N1s芯轨道的结合能为四百多电子伏特,(e,2e)反应微分散射截面比价壳层轨道低三个量级。通过对N_2O分子两个N1s芯轨道的EMS研究,得到了比化学分析用电子能谱(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis,ESCA)更加丰富和深刻的化学位移信息。ESCA方法通过研究不同化学环境中分子芯轨道结合能的差异给出化学位移的信息,而EMS方法不仅可以给出芯轨道结合能的差别,还可以得到波函数的差异,而波函数是量子力学和量子化学最关心的信息。另外,通过对N_2O分子芯轨道的EMS研究,检验了分子芯轨道层次的电子动量谱学理论和量子化学理论方法。论文还通过对药物分子C_4H_6O_2、N_2O和氟利昂分子CH_2F_2、CHF_2Cl价壳层轨道的EMS研究,不仅得到了它们电子结构的信息,还研究了电子关联效应、扭曲波效应、分子轨道排序和量子化学计算方法等基本的物理化学问题。论文最后还介绍了基于通用串行总线(Universal Serial Bus,USB)的多参数数据获取系统。硬件系统通用性强、使用灵活、调试方便;软件系统是利用Visual Basic和Visual C++混合编程,总共包括八千多行程序。它除了界面友好、程序可读性好和效率高以外,在设计上还采用了简洁而完备的控制算法、谱构造算法和离线数据处理算法。另外,软件系统中还嵌入自动报警功能,为保证数据采集的准确性和提高实验效率起了很大作用。

庞文宁, 陈向军, 杨炳忻, 徐克尊[5]1996年在《(e,2e)电子动量谱仪的多参数获取和处理系统》文中研究说明本文介绍研制成功的(e,2e)电子动量谱仪的多参数获取和处理系统。这个系统有几个特点:一是5个数据获取通道并行转换数据;二是在微机支持下,每个通道相当于一个多道;三是根据需要可很方便地分开组合数据获取的通道数,即可作为单通道微机多道分析器使用,又可作为一维或二维位置灵敏探测器的数据获取和处理系统使用;最后一点是系统实时获取时,可在线处理数据并在图形显示器上分时显示符合时间谱及电离能谱。

庞文宁, 赖的是, 尚仁成, 邓景康, 陈学俊[6]1998年在《第三代电子动量谱仪的多参数符合测量系统研制》文中研究表明本文介绍一个新研制的用于第3代电子动量谱仪的多参数符合测量系统。该系统以6个慢符合道的电荷脉冲信号(它含有位置信息)和一个快符合道中的符合时间信号作为7个参数。采用7个数据获取通道并行获取数据,经计算机系统处理,可同时得到(e,2e)反应相关的符合多道时间谱、电离能谱和电子动量谱。

王克栋[7]2009年在《全角度(e,2e)电子动量谱仪的研制及若干分子的电子结构研究》文中研究说明本论文报道了作者在博士研究生期间的主要研究工作,分为两部分;第一部分详细论述了我们新研制的一台高符合计数率的全角度(e,2e)谱仪,包括以下四章内容:第一章介绍电子动量谱学的(e,2e)反应原理、理论基础、实验安排、研究进展及其发展前景;第二章介绍全角度(e,2e)谱仪实验装置。介绍了谱仪的设计总体思想,并具体介绍了谱仪采用的关键实验技术及各组成部分,包括鼓型能量分析器,电子光学透镜系统、供气系统、磁屏蔽设施、真空系统以及供电系统等.第三章介绍了全角度(e,2e)谱仪的关键器件,双半圆楔条形阳极读出的位置灵敏探测器以及谱仪的前端电子学系统和基于PXI总线的在线数据获取系统。内容包括双半圆楔条形阳极的工作原理、影响分辨的因素、设计方法、具体制作工艺、解码公式的推导、机械装架和信号的读出等。此外,我们还对楔条形阳极的调制效应进行了实验和理论的研究,对谱仪的位置灵敏探测器的性能进行了测试和检验,得到了较为理想的二维位置图像,获得了良好的位置线性及位置分辨。第四章详细介绍了谱仪的调试及性能测试。初步对单路性能以及谱仪的整体性能进行了刻度和测试,获得了较为满意的结果。在通过能为600 eV时,单路的能量分辨约为1.5 eV,谱仪的符合时间分辨约为7 ns,符合能量分辨为2.1 eV,同时测量的相对方位角约为±130°,基本实现了全角度的测量。第二部分主要论述了利用电子动量谱手段和量子化学从头计算理论对二氟二溴甲烷的电子动量分布、乙醇胺和N,N-二甲基乙醇胺的电子结构进行的研究,主要包括以下四章内容:第五章简单介绍了计算中用到的基本理论方法,包括Hartree-Fock理论、密度泛函理论、自然键轨道理论等。第六章介绍利用能量多道的第二代(e,2e)电子动量谱仪结合理论计算对CF_2Br_2分子的电子结构进行研究,首次从实验上获得了CF_2Br_2分子外价壳层轨道的电子动量分布,全面研究了价轨道的排序,澄清了电离能谱上~15.5 eV的谱带指认存在的争议,并将其标识为5a_1和3b_1轨道电离。获得了内壳层1b_2轨道电离跃迁的极强度。第七章和第八章介绍采用密度泛函理论(DFT)和Mφller-Plesset(MP)微扰理论方法分别对乙醇胺的13种稳定构象和N,N-二甲基乙醇胺的12种稳定构象的研究。报道了存在稳定构象的几何构型和相对能量。采用电子传播子理论计算了各种稳定构象的电离能,理论模拟的电离能谱和实验光电子能谱吻合的很好,解释了HOMO和NHOMO电离能峰随着温度升高而移动的原因。结合自然键轨道理论分析,其本质是由于稳定构象的分子内氢键相互作用。论文的最后部分是对博士期间从事工作的总结及对未来工作的展望。

庞文宁, 陈向军, 杨炳忻, 陈淼华, 徐克尊[8]1996年在《(e,2e)实验的符合测量系统》文中研究表明研制成功的(e,2e)实验的符合测量系统由快时间道和慢位置道组成。以该系统四个慢符合道的位置信息电荷脉冲信号和快符合道中的时间信息作为五个参数。测得了电子碰撞Hels的符合时间谱和电离能谱。

杨炳忻, 陈向军, 庞文宁, 陈淼华, 徐克尊[9]1996年在《(e,2e)电子动量谱仪的电子光学系统》文中提出设计、研制了(e,2e)电子动量谱仪的电子光学系统,调试和测试结果表明,该系统性能达到了预期设计指标,满足了谱仪的要求.

朱景升[10]2012年在《若干高对称性小分子的电子动量谱学研究》文中提出电子动量谱学(EMS)是研究原子分子中电子结构和碰撞动力学的强有力的工具,其独特优势在于能够同时测量轨道电子的结合能和电子的动量分布。利用高性能的第三代电子动量谱仪,可以深入挖掘过去未能发现的实验现象,结合相关理论研究,进而揭示这些现象背后深刻的物理规律。论文编写了新的高斯拟合程序,并作了详细说明。实验数据处理过程中关键的一步是用高斯拟合方法对能量-角度二维谱的剥谱处理。新程序使用方便可靠,大大降低了多高斯峰拟合的工作量。具有高对称性的小分子电子结构相对简单,轨道之间重叠较小,因而在理论和实验上更容易揭示现象背后的物理本质。论文的主要工作是利用高性能的第三代谱仪对若干小分子进行的电子动量谱学研究。我们成功地在不同实验条件下对I2分子进行了测量。对于外价轨道,自旋轨道相对论方法最好地描述了实验动量分布。相关轨道的动量谱以及分支比变化表明,相对论效应对I2分子价轨道动量分布的影响是不可忽略的。对于内价轨道,SAC-CI General-R方法在含相对论膺势的基组下的计算较好地模拟了复杂的伴线结构和相应的动量谱。采用截谱方法,发现了Jahn-Teller效应对NH3分子轨道动量分布的影响。简并的1e轨道中,具有更高结合能的区域在低动量区具有更高的强度。而非简并的3a1轨道则没有这种差别。相关振动模式下原子坐标位移对动量谱影响的分析可以定性地解释这种现象。对CF4、CCl4和CBr4分子中的扭曲波效应进行了系统的研究。三种分子的最高占据轨道都有很高的对称性和多个结面,在实验中都发现了扭曲波效应的特征:在低动量区,实验动量分布相对于理论分布“上翘”,且入射能量越高,翘起的程度越低。在其它两个轨道中也发现了扭曲波效应。此外,它们外价第5个轨道理论和实验符合得不好,并呈现出特定共同规律,目前其物理机制还不清楚。

参考文献:

[1]. 电子动量谱仪的多参数获取系统研制和He原子的电子动量谱测量[D]. 庞文宁. 中国科学技术大学. 1995

[2]. He原子电离能谱和He的1s电子动量谱测量[J]. 庞文宁, 陈向军, 杨炳忻, 郑延友, 徐克尊. 原子与分子物理学报. 1996

[3]. 1.乙烷分子的电子动量谱学研究 2.第二代电子动量谱仪研制 3.第三代电子动量谱仪的多参数符合测量系统研制[D]. 庞文宁. 清华大学. 1997

[4]. 用电子动量谱学研究分子芯轨道及一些基本物理化学问题[D]. 苏国林. 清华大学. 2006

[5]. (e,2e)电子动量谱仪的多参数获取和处理系统[J]. 庞文宁, 陈向军, 杨炳忻, 徐克尊. 核电子学与探测技术. 1996

[6]. 第三代电子动量谱仪的多参数符合测量系统研制[J]. 庞文宁, 赖的是, 尚仁成, 邓景康, 陈学俊. 核电子学与探测技术. 1998

[7]. 全角度(e,2e)电子动量谱仪的研制及若干分子的电子结构研究[D]. 王克栋. 中国科学技术大学. 2009

[8]. (e,2e)实验的符合测量系统[J]. 庞文宁, 陈向军, 杨炳忻, 陈淼华, 徐克尊. 核技术. 1996

[9]. (e,2e)电子动量谱仪的电子光学系统[J]. 杨炳忻, 陈向军, 庞文宁, 陈淼华, 徐克尊. 中国科学技术大学学报. 1996

[10]. 若干高对称性小分子的电子动量谱学研究[D]. 朱景升. 清华大学. 2012

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