i
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
NGUYỄN TIẾN DŨNG
XÁC ĐỊNH THẾ NĂNG CỦA PHÂN TỬ NaLi
Ở TRẠNG THÁI 2
1
Π
ΠΠ
Π DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ
ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC

XÁC ĐỊNH THẾ NĂNG CỦA PHÂN TỬ NaLi
Ở TRẠNG THÁI 2
1
Π
ΠΠ
Π DỰA TRÊN SỐ LIỆU PHỔ
ĐÁNH DẤU PHÂN CỰC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ
Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 62.44.01.09
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Đinh Xuân Khoa
2. TS. Nguyễn Huy Bằng NGHỆ AN, 2014iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam oan ni dung ca bn lun án này là công trình nghiên
cu ca riêng tôi dưi s hưng dn khoa hc ca PGS.TS. inh Xuân Khoa
và TS. Nguyn Huy Bng. Các s liu, kt qu trong lun án là trung thc và
chưa ưc công b trong bt kỳ mt công trình nào khác.

Tác giả Nguyễn Tiến Dũng v

MỤC LỤC
Trang
LI CM ƠN iii
LỜI CAM ĐOAN iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG SỐ LIỆU x
TỔNG QUAN 1
Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHỔ PHÂN TỬ HAI NGUYÊN TỬ 8
1.1. Phân loại trạng thái điện tử 8
1.1.1. Các mômen góc và s phân loi các trng thái in t 8
1.1.2. Tương quan gia các trng thái ca phân t vi nguyên t 10

2.1. Nguyên lý cơ bản của kỹ thuật PLS 53
2.2. Các sơ đồ kích thích 56
2.3. Biên độ của tín hiệu phân cực 57
2.4. Cường độ tỉ đối của các vạch phổ 62
2.5. Phổ PLS của NaLi 68
2.5.1. B trí thí nghim 68 vii

2.5.2. To các phân t NaLi 71
2.5.3. Quy trình o ph NaLi 72
2.6. Định cỡ phổ PLS 73
2.7. Kết luận chương 2 77
Chương 3: XÁC ĐỊNH THẾ NĂNG CỦA PHÂN TỬ NaLi 78
3.1. Số liệu phổ thực nghiệm 78
3.2. Xác định thế năng của NaLi ở trạng thái 2
1
Π 82
3.2.1. Các hng s phân t 82
3.2.2. Th RKR 88
3.2.3. Th IPA 92
3.3. Xác định mật độ cư trú các mức dao động ở trạng thái 2
1
Π
ΠΠ
Π 101
3.4. Kết luận chương 3 103
KẾT LUẬN CHUNG 105
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 107

liên kt)
R
Å Khong cách gia hai ht nhân
U(R) cm
-1
Hàm th năng phân t
T(v,J)

cm
-1
S hng ph
ω
e

cm
-1
Hng s dao ng
B
e

cm
-1
Hng s quay
ω
e
x
e

cm
-1

kl
cm
-1
H s lambda-kép
σ

 lch quân phương không th nguyên
∆u(i)
cm
-1
Sai s ca phép o th i
C
6
,
C
8
,
C
10
cm
-1
(Å)
6

cm
-1
(Å)
8

cm
x
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG SỐ LIỆU

TT
Tên hình Trang

1.

Hình 1. Các PEC  trng thái bi ơn ca phân t NaLi ưc tính
toán bi Mabrouk [40].
3
2.

Hình 2. Các ưng th năng ca trng thái 4
1
Σ
+
và 3
1
Π, 4
1
Π, 6
1
Π,
7
1
Π phân t NaLi ưc tính toán lý thuyt (màu xanh) và thc
nghim (chm ).

9.

Hình 1.7. S nhiu lon ca các mc quay trong trng thái
1
4
g
∆
ca Li
2
.
44
10.

Hình 2.1. Sơ  nguyên lí ca PLS. 53
11.

Hình 2.2. S tích lũy (làm nghèo) các mc Zeeman  trng thái trên
(trng thái dưi) do bơm quang hc J” = 2 lên J’ = 1.
54
12.

Hình 2.3. S ph thuc tit din hp th vào M
J
i vi các dch
chuyn P, Q, R.
55
13.

Hình 2.4. Năm sơ  kích thích có th óng góp vào tín hiu ph
phân cc

Σ←Σ
11
. 67
19.

Hình 2.8c. Bơm Σ←Σ
11
, dò Σ←Π
11
. 67
20.

Hình 2.8d. Bơm Σ←Σ
11
, dò Σ←Π
11
. 68
21.

Hình 2.8e. Bơm Σ←Π
11
, dò Σ←Π
11
. 68
22.

Hình 2.8f. Bơm Σ←Π
11
, dò Σ←Π
11


Hình 3.2. Phân b trưng s liu tương ng vi s lưng t dao
ng v và s lưng t quay J ca NaLi  trng thái 2
1
Π

82
30.

Hình 3.3. Mt on ph PLS ca NaLi  trng thái 2
1
Π ưc dò ti
s sóng 15594.71 cm
-1
ng vi mc ánh du (0, 9).

82
31.

Hình 3.4. Mt on ph PLS ca NaLi  trng thái 2
1
Π ưc dò ti
s sóng 15083.76 cm
-1
ng vi mc ánh du (0, 5). Di ph dao

xii

Hình 3.9. Phn hàng rào th ca th IPA ca NaLi  trng thái 2
1
Π.
97
37.

Hình 3.10. Th hiu dng ca NaLi  trng thái 2
1
Π  các trng
thái quay J’ = 1, 30, 45 và 57.
97
38.

Hình 3.11 ưng th năng ca NaLi  trng thái 2
1
Π ưc xác
nh bng phương pháp IPA ( ưng xanh nưc bin) và tính toán
lý thuyt trong [40] (ưng màu ) và [51] (ưng xanh lá cây)
99
39.

Hình 3.12. Phn hàng rào th ca th năng IPA (ưng màu xanh)
và th năng ưc tính toán lý thuyt [40] (ưng màu ).
100
40.

Hình 3.13. Phân b mt  cư trú ca mt s mc dao ng  trng
thái 2
1
Π.

65
4.

Bảng 2.2. Cưng  t i ( I ) ca ph PLS khi bơm
++
Σ←Σ
11

65
5.

Bảng 2.3. Cưng  t i ( I ) ca ph PLS khi bơm
+
Σ←Π
11

66
6.

Bảng 2.4. Cưng  t i (
I
) ca ph PLS khi bơm
++
Σ←Σ
11

66
7.

Bảng 2.5. Vch laser dò vi các mc ánh du (ν, J) tương ng 73

TỔNG QUAN
Hin nay, phân t là i tưng thu hút nhiu s quan tâm nghiên cu
không ch trong lĩnh vc vt lí mà c trong hóa hc và sinh hc hin i. Phn
ln hiu bit ca chúng ta v cu trúc các phân t u da trên các phép o
ph. Da vào s liu ph quan sát (bưc sóng, cưng  vch ph,  rng
vch ph) chúng ta có th bit ưc thông tin v cu trúc hay nói cách khác là
các trng thái lưng t ca phân t (trng thái in t, trng thái dao ng,
trng thái quay). Hiu bit ưc tp hp các trng thái lưng t cho phép ta
tiên oán ưc các tính cht ca h vĩ mô. Vì vy, mt trong nhng nhim v
quan trng ca nghiên cu ph thc nghim là mô t ưc chính xác c
trưng ph ca phân t da trên hàng trăm (thm chí hàng nghìn) vch ph.
Trong ph hc phân t hai nguyên t, mi trng thái in t ưc c
trưng bi mt ưng th năng tương tác gia hai nguyên t. Khi bit ưc tp
hp các ưng th năng này thì tn s, cưng  ph ca các dch chuyn
gia các trng thái in t (bao gm c các dch chuyn dao ng và dch
chuyn quay ca phân t) và năng lưng phân ly có th ưc xác nh.
Cưng  dch chuyn ph cho bit thông tin v mômen lưng cc in, do
ó cho phép xác nh các tính cht in t ca phân t. ưng th năng còn
cho phép xác nh ưc nhng min khong cách gia các nguyên t mà  ó
liên kt cng hóa tr hay liên kt Van de Waals cm ng óng vai trò ch yu.
Xác nh ưc ưng th năng ca phân t  các trng thái kích thích cho
phép xác nh các “kênh” dch chuyn (c bit là dch chuyn không bc x)
trong phân t, giúp chúng ta gii thích ưc các quá trình sinh hóa, ng hc
ca phân t trong lĩnh vc Hóa hc, Sinh hc.
Trong lch s phát trin ca ph hc, có nhiu phương pháp xác nh th
năng phân t theo s liu ph thc nghim. Trưc ây, phương pháp Rydberg-
Klein-Rees [12] (vit tt là RKR) da trên lý thuyt chun c in thưng ưc
các nhà ph hc s dng. Ưu im ca phương pháp này là th năng ưc xác 3

nghim v iu khin chuyn ng phân t bng trưng ngoài [30]. n nay,
ã có các công trình lí thuyt nghiên cu v cu trúc ca phân t NaLi
[8,22,38,39,40,51,53,55]. c bit, gn ây có hai công trình lí thuyt do
nhóm Mabrouk [40] và nhóm Petsalakis [51] ã công b trên 40 trng thái
in t ca NaLi. Quan sát th năng ca mt s trng thái (Hình 1) cho thy
chúng có dng kì d. Vì vy, kim chng các tiên oán lí thuyt cho NaLi là
mt trong các vn  quan trng bi các tính cht kì d này liên quan n các
hiu ng vt lí quan trng .

1
Σ
+
. K
t ó nhiu nhóm ã thc hin các phép o  khám phá cu trúc ph các
trng thái in t ca NaLi. Phn ln các thc nghim u ưc tp trung vào
trng thái cơ bn 1
1
Σ
+
[17,18,19,20], trong ó phép o chính xác nht ưc
thc hin bi Fellow [20]. Fellow s dng k thut LIF kt hp vi bin i
Fourier ã quan sát ưc hơn 6400 vch ph n gn gii hn phân ly ca
trng thái cơ bn. Kt qu này cho phép xác nh các hng s phân t và
ưng th năng không quay ca 1
1
Σ
+
.
i vi các trng thái kích thích, Kappes [32] s dng k thut ion hóa
hai phôtôn  nghiên cu cu trúc dao ng ca các trng thái 2
1
Σ
+
, 2
1
Π,
3
1
Σ

cùng vi th năng RKR. Sau ó, cũng bng k thut o ph này, Fellow [19]
nghiên cu li các trng thái 1
1
Π, 3
1
Σ
+
và ã quan sát thy các nhiu lon 
các trng thái 1
1
Π, 3
1
Σ
+
.
Gn ây, nhóm nghiên cu ca Jastrzębski  Ba Lan s dng k thut
ph ánh du phân cc (PLS)  nghiên cu mt s trng thái kích thích cao
ca NaLi [29, 42,43,44]. Bng cách la chn ti ưu bưc sóng ca laser dò cho
k thut PLS, ph ca NaLi  nhiu trng thái in t khác nhau ã ưc quan
sát. Cu trúc ph ca phân t NaLi  các trng thái 4
1
Σ, 3
1
Π, 4
1
Π, 6
1
Π, và
1
Π. Gn ây, các
Công trình [40]
Phn ngoài suy
Thc nghim
R(A
0
)

U(cm
-
1
)
6

nghiên cu lý thuyt trong [40] và [51] ã cho thy ưng th năng trng thái
2
1
Π có hai cc tiu nên có th la chn trng thái 2
1
Π cho làm lnh phân t
theo k thut liên kt quang. Tuy nhiên, khi so sánh nh lưng thì ưng th
năng lý thuyt ưc tính toán trong hai công trình này sai lch nhau khá nhiu.
Hơn na, thc t cho thy các tính toán th năng lý thuyt thưng có sai s
tương i ln (hàng chc, thm chí hàng trăm cm
-1
) nên không th s dng 

Π.
Ni dung ca  tài ưc trình bày trong ba chương ưc b cc như sau: 7 Chương 1. Cơ sở lý thuyết phổ phân tử hai nguyên tử. Chương này
trình bày cơ s lý thuyt v ph ca các phân t hai nguyên. Da trên gn
úng Born-Oppenheimer (BO), chuyn ng ca các nguyên t trong phân t
ưc mô t theo phương trình RSE. Khi ó, mi trng thái in t s xác nh
tương ng vi mt ưng th năng. Tip theo, chúng tôi trình bày các mô
hình th năng ưc s dng  biu din ph phân t hai nguyên t. Trong
mt s trưng hp,  xác nh chính xác ưng th năng này ta phi tính
thêm nhiu lon ph hay s phá v gn úng BO.
Chương 2. Phổ đánh dấu phân cực của NaLi. Chương này trình bày
các nguyên lý cơ bn ca k thut PLS và áp dng  o ph ca NaLi 
trng thái 2
1
Π. T s liu thc nghim, chúng tôi trình bày quy trình nh c
ph PLS và ưc lưng sai s .
Chương 3. Xác định thế năng của phân tử NaLi ở trạng thái 2
1
Π
ΠΠ
Π.
Chương này trình bày các kt qu thc nghim v ph phân t NaLi  trng
thái 2
1
Π. Da trên s liu ph PLS thu ưc, chúng tôi xác nh c trưng

L

ca các in t tin ng
rt nhanh xung quanh trc này. Bi vy, ch có các thành phn
M
L

ca
L

dc theo
trc gia các ht nhân ưc xác nh. Mt khác, nu o chiu chuyn ng ca tt
c các in t thì du ca
M
L
b thay i nhưng năng lưng ca h s không b thay
i. Nghĩa là các trng thái khác nhau v du ca
M
L
có cùng năng lưng (suy bin
bi hai) trong khi các trng thái vi các giá tr khác nhau ca |
M
L
| có năng lưng
khác nhau. Vì th, các trng thái in t ca phân t thưng ưc phân loi theo
giá tr ca |
M
L
| (theo ơn v
ħ


s tin ng xung quanh trc ht
nhân tương ng vi thành phn hình chiu ưc ký hiu là Σ. Vi mt giá tr
nht nh ca S có th có 2S + 1 giá tr ca Σ, tương ng vi năng lưng khác
nhau cho mt giá tr nht nh Λ. Giá tr 2S + 1 gi là độ bội ca trng thái
in t và ưc biu din bi ch s trên bên trái ca trng thái in t,
2S+1
Λ.
Tng hp hai thành phn hình chiu Λ và Σ ta ưc Ω theo h thc:
| Σ + Λ | = Ω. (1.2)
Trong ph hc phân t, có hai cách  phân loi trng thái in t. Cách
th nht là ánh du các trng thái in t bng các ch cái, trong ó X là
trng thái cơ bn, còn A, B, C, ch các trng thái kích thích tip theo có
cùng  bi vi trng thái cơ bn. Trng thái có  bi khác vi trng thái cơ
bn ưc ánh du bng các ch cái thưng a, b, c theo th t năng lưng
t thp n cao. Cách phân loi th hai là ánh du các trng thái có cùng
tính i xng bi các s nguyên bt u t s 1 (là trng thái có năng lưng
thp nht). Ví d: 1
1
Σ, 2
1
Σ, 3
1
Σ,… hoc 1
3
Π, 2
3
Π, 3
3
Π… Trong  tài này s

RRJ . (1.3)

Hình 1.1. Sơ  Hund (a) cho liên kt gia các mômen góc.

S liên kt gia các mômen góc như ã trình bày  trên là khá ph bin
trong các phân t hai nguyên t và ưc gi là sơ đồ Hund (a). Theo gin 
này, mômen qu o toàn phn J

ưc lưng t hóa tương ng vi s lưng
t J. Trng thái phân t tuân theo sơ  Hund (a) lúc ó có th ưc biu din
theo tp các s lưng t {J, S, Ω, Λ, Σ}.
Thc t, ngoài kiu liên kt theo gin  Hund(a) thì trong mt s
trưng hp các mômen góc ca phân t tuân theo các sơ  liên kt Hund (b),
Hund (c), Hund (d) và Hund (e) [3, 24].

1.1.2. Tương quan giữa các trạng thái của phân tử với nguyên tử
Các trng thái in t ca phân t có th ưc xác nh theo các
trng thái in t ca nguyên t.  ây, các mômen góc trong các
nguyên t hp thành ưc gi thit là tuân theo sơ  liên kt Russell-
Saunders, trong ó trng thái nguyên t ưc xác nh trong phép gn 11

úng trưng xuyên tâm [21]. Bng cách cng các thành phn hình chiu
dc theo trc i qua hai ht nhân ca mômen qu o toàn phn ca các
nguyên t riêng bit ta thu ưc mt s giá tr kh dĩ ca Λ. Các giá tr
kh dĩ này cho ta tương ng các trng thái in t ca phân t [24].
i vi các trng thái Σ, tính chn l ưc xác nh theo tính chn l ca trng
thái in t ca nguyên t và mômen qu o toàn phn ca nguyên t theo mi tương

+ S
u
Σ
+

S
g
+ S
u
Σ
-

S
g
+P
g
hoc S
u
+ P
u
Σ
-
, Π
S
g
+ P
u
hoc S
u
+ P

hoc S
u
+ F
u
Σ
-
, Π, ∆, Φ
S
g
+ F
u
hoc S
u
+ F
g
Σ
+
, Π, ∆, Φ
P
g
+ P
g
hoc P
u
+ P
u
Σ
+
(2), Π(2), ∆
P

+
(2), Σ
-
, Π(3), ∆(2), Φ
12Ngoài mi tương quan v giá tr mô men qu o, gia các trng thái
in t ca phân t vi các nguyên t hp thành cũng có mi tương quan v
 bi. Theo ó,  bi ca trng thái phân t có th thu ưc t vic phân
tích các t hp kh dĩ v liên kt ca spin nguyên t hp thành  to nên
spin toàn phn ca phân t.
Mi tương quan gia  bi ca các trng thái phân t vi các trng
thái nguyên t hp thành ưc mô t như trên Bng 1.2 cho mt s trưng
hp thưng gp[24].
Bảng 1.2. Tương quan gia  bi trng thái nguyên t và phân t [24]

Trạng thái nguyên tử Trạng thái phân tử tương ứng
Bi ơn + Bi ơn

Bi ơn

Bi ơn + Bi ôi Bi ôi
Bi ơn + Bi ba Bi ba
Bi ôi + Bi ôi Bi ơn , Bi ba
Bi ôi + Bi ba Bi ôi, Bi bn
Bi ôi + Bi bn Bi ba, Bi năm