超激发态分子光谱方法精密测量F2，N2和CO分子的解离能

The bond dissociation energies of F2, N2 and CO are benchmarks for high precision molecular electronic structure calculations, and are fundamental importance in thermodynamics, which are listed as the key values of the thermodynamics in the CODATA database. For F2 and N2, the present reported uncertainties are about 8 cm-1 . For CO, the present reported uncertainty is worse than 80 cm-1 (10 meV). The applicant of this project has determined precisely the bond dissociation energy of F2 (8 cm-1) using a combination of XUV laser, velocity map imaging and ion-pair photodissociation techniques. In this proposal, the applicant will apply new experimental techniques and spectroscopic methods to measure the bond dissociation energies of the three molecules and improve the precision to 1 cm-1. For F2 and CO, we will measure their threshold ion-pair production spectra using XUV laser or a combination of XUV+ UV two laser beams. For N2, we will excite the molecule to superexcited states using a combination of XUV and UV laser beams. By measuring the predissociation yield spectra and the velocity map images of the fragments, the bond dissociation energy of N2 can be measured at a precision of 1 cm-1. The spectra and dynamics of the super-excited states of the three molecules will also be studied thoroughly.

双原子分子F2，N2和CO的解离能对检验高精度分子电子结构计算尤其是电子相关能的计算方法有重要意义，也在CODATA的数据库中被列为关键热力学数据。对于F2，N2和CO分子，现有的测量精度分别为 8，8 和80 cm-1，其中有关F2的数据是由申请人小组利用离子对产生效率谱所测量。在本项目中，申请人将利用新的超激发态分子光谱方法测量这三个分子的解离能，将其精度提高到1 cm-1 或光谱精度。对于F2和CO分子, 我们将用XUV激光或 UV+XUV两束激光分步激发分子到离子对Rydberg态，通过测量阈值离子对产生光谱来测量它们的解离能。 对于N2分子, 我们将用 XUV+UV两束激光分步激发分子到超激发态并利用UV激光将碎片电离，通过测量超激发态解离碎片产生效率谱和速度成像来测量它的解离能。另外，这三个分子的超激发态光谱及动力学也将得到深入的研究。

本项目研究F2，N2，CO，HCl和H2等分子在XUV能量区间(14-15eV)的光解动力学，对于前3个分子计划用预解离光谱的方法测量其解离能。这些典型分子的电子结构及动力学、解离能等性质对物理化学有重要意义。本项目对H2，HCl和CO等样板分子进行了详细的研究，取得了重要成绩。Fano线型在原子分子物理中有广泛的应用，它是一种非对称的光谱线型，起源于分立的激发态与连续态的相互作用。Fano公式可以很好地刻画Fano线型，这个公式含有相关的跃迁偶极矩和激发态与连续态耦合强度等重要物理量。我们测量了H2分子在阈值(14.3eV)附近生成 H(1s)+H(2s,2p)的解离光谱、这些预解离光谱均为Fano线型。我们发现：在不同角度测量解离碎片的Fano线型时，光谱的线型实际上会发生改变，可以从不对称的Fano线型变为对称的Lorentz线型，而且这些线型可用一个简洁的公式进行描述，含有由于激发态相干干涉导致的产物角分布参数等物理量。另外，我们还测量了产物角分布参数沿Fano线型的变化，称之为beta线型。我们发现beta线型为非对称，可表示为一个简洁的公式，该公式含有Fano因子，激发态相干过程导致的角分布参数等重要物理量。通过对beta线型的拟合，可以得到更准确的 Fano q因子。这些结果应该会对今后的分子光谱研究和其应用产生积极影响。对于HCl，我们研究了其在14.6-15.0eV 能量范围内的光解，研究了四个通道的光解动力学：H(2s)+Cl(2P3/2), H(2p)+Cl(2P3/2), H(2s)+Cl(2P1/2)和H(2p)+Cl(2P1/2)。利用新的实验结果结合势能曲线，我们提出了一个新的光解机理。对于CO，我们研究了其在14-15eV处光解生成 C(3Pj)+O(1D)，C(3Pj)+O(3Pj)和C(1D)+O(3Pj)的光解动力学，利用(2+1)REMPI光谱技术测量了C(3P)和O(3P)的光解光谱，离子速度成像等，获得了大量的实验数据，正在分析整理。相关研究已有7篇论文在国际重要学术期刊上发表，有一个相关专利得到授权。另外，毕业博士1名，出站博士后1名。