含二元双原子卤素互化物的复合物分子结构和光谱特性的研究

Spectroscopic and dynamics properties of weakly bounded systems have been a hot topic of numerous experimental and theoretical researches in the field of atomic and molecular physics and chemical physics. Investigation on van der Waals complex is one of the basic reserach areas in molecular spectroscopy. Results derived from these studies are of great significance for understanding the nature of weakly bounded interactions, interpreting the solvent effect and superfluid characteristics of rare gas, etc. The present project will focus on the theoretical investigations of van der Waals complexes formed between binary dihalogen molecules and rare gas atoms. Based on the potential energy surface that constructed according to high-level ab initio calculations, the molecular configuration of the complex can be determined. Characteristics of the complexes will then be able to be discussed and the nature of the interaction between monomers can be revealed. In order to present impacts of different experimental conditions on the spectrum of the complex, as well as the variation trend under isotopic substitution and replacement of congeners, processes of predicting and simulating the rotational-vibrational spectrum of the complex will also be performed. The analyses are capable of revealing the physical mechanisms of weakly bounded interactions between the monomers. The studies in this project are capable of serving as guidelines for experiments of high-resolution spectrum detections, and have important applications in the field of chemical physics, space physics, atmospheric physics, plasma physics, etc.

对弱束缚相互作用体系的光谱学和动力学研究一直是原子与分子物理和化学物理等领域内众多实验和理论研究的热点课题。对范德瓦尔斯复合物的研究是分子光谱领域较为基础的领域之一，其研究结果对于理解分子间的弱束缚相互作用、惰性气体的溶剂效应、超流性等特性具有重要的意义。本项目拟对惰性气体原子与二元双原子卤素互化物分子形成的范德瓦尔斯复合物的分子结构和光谱特性进行研究。通过构建复合物的分子间势能面确定其分子构型，揭示体系中分子间相互作用的本质，并建立研究此类复合物相关特性的基本模型。在此基础上进一步对其振转光谱进行预测和模拟，探讨不同实验条件对复合物光谱的影响，以及在单体分子被同族元素或同位素取代时复合物光谱的变化规律，并揭示单体间弱束缚相互作用变化的物理机制。本项目的研究结论和数据结果能够为高分辨精密光谱实验提供具体的理论指导，并在化学物理、空间物理、大气物理、等离子体物理等领域具有重要的应用价值。

范德瓦尔斯相互作用是原子或分子间的一种弱束缚相互作用方式，通过该相互作用形成的范德瓦尔斯复合物在物理、化学、生物学、生命科学等相关领域之中都具有突出作用和重要意义。.本项目对Rg原子与二元双原子卤素互化物分子形成的复合物进行了理论研究，建立了研究此类复合物的方法模型。体系的分子结构根据构建的分子间相互作用势能面得到，而光谱特性由求解束缚态能级得到。研究针对Rg-BrCl、Rg-BrI、Rg-IF、Rg-BrF (Rg=He, Ne, Ar, Kr, Xe)四类体系开展计算。通过超分子计算方法建立了各类体系的能量格点，先后通过拉格朗日插值法和最小二乘拟合法构建体系的势能面。研究发现，对势阱内的束缚态能级计算以及对需要长程数据支撑的分子模拟和散射计算，拟合势能面均能给出较高精度的结果。.考虑同位素效应，从势能面确定了各体系稳定构型的平衡结构参数。结果发现这四类复合物中的每一种都具有线型、近T型与反线型三种结构。对每一类复合物，无论是Rg原子还是卤素互化物中的一个卤素原子被同族元素代换后，各体系的势能面均表现出相似的各向异性渐变特征。.通过束缚态计算获取了各体系的振动频率、纯转动能级、纯转动跃迁频率和分子常数等参数。利用几率密度分布作出的轮廓图发现，无论势阱深浅，每一类复合物的三种同分异构体之间均会发生显著的量子隧道效应。.本项目还对FO+、FO-、LiCl-、LiBr-、SF、SF+、SF-、ClO、ClO+、ClO- 等体系进行了理论研究，得到了其势能函数、振动能级及光谱常数。结果可用于预测、模拟各体系的光谱、指导光谱探测实验、辅助对光谱的标识与拟合。.综上所述，本项目的研究数据可作为对Rg-XY体系和若干双原子体系进行光谱学、分子碰撞动力学和分子反应动力学等方面实验和理论研究的辅助，并在化学物理、空间物理、大气物理、等离子体物理等领域具有一定的应用价值。