表面附近里德堡原子和离子的混沌动力学性质研究

近几十年来，原子、离子与金属和电介质表面的相互作用引起了人们极大的兴趣。与表面相互作用的原子的光吸收、离子的光致电离及其动力学性质可以揭示出表面和附着物的重要信息。表面附近的里德堡原子和离子还是一个重要的理论和实验模型系统,可以用来模拟许多动力学问题。本项目致力于表面附近里德堡原子和离子的光吸收、光剥离及混沌的动力学性质的研究。研究内容包括里德堡原子和离子在表面附近的混沌性质和自电离性质的研究；光吸收谱和回归谱的计算；外加的强电场和磁场对表面附近里德堡原子和离子的混沌动力学性质的调控研究；短脉冲激光对里德堡原子和离子在表面附近的动力学性质的影响；表面附近里德堡原子和离子的波包动力学研究等。研究表面附近里德堡原子和离子的动力学性质，可以进一步研究经典体系和量子体系的对应。本项目的研究在天体物理、等离子体物理、表面科学、微腔结构中的混沌输运、粒子的逃逸等高科技领域具有很好的应用前景。

在该基金项目资助下，课题组经过三年的研究，完成了对表面附近里德堡原子和离子光吸收和光剥离的混沌动力学性质的研究。圆满完成了计划书中拟定的各项任务和内容。本课题主要完成了以下几个方面的研究工作：（1）完成了对里德堡氢原子、氦原子和氢负离子在金属和电介质表面的光吸收和光剥离的混沌动力学性质研究。推导给出了光吸收谱和光剥离截面的计算公式；分析了在金属和电介质表面附近高激发态电子和光剥离电子的混沌动力学性质；探讨了体系 Poincare 截面和高激发态电子运动轨迹之间的关系；通过改变金属和电介质表面和原子之间的距离，研究了里德堡氢原子的动力学性质的演化，从而了解了混沌的产生、发展及演化过程。（2）利用半经典闭合轨道理论研究了外加的电场和磁场对表面附近里德堡氢原子和氢负离子光剥离和光电离的动力学性质的影响。借助于一个镜像势模拟金属或电介质表面对高激发态电子的作用，模拟了高激发态电子在外加的电场和磁场及不同表面附近的运动轨迹，重点对闭合轨道进行了分析。推导出了表面和外场同时存在时光剥离截面的计算公式，着重解决了不存在解析解时光剥离截面的数值计算。（3）首次将负离子体系在平面附近的光剥离推广到了球面附近的情况，研究了氢负离子在金属纳米球面附近的光剥离。除此之外，我们还研究了氢负离子在方形和圆形微腔中的光剥离，分析了微腔结构对光剥离截面的影响。（4）把含时微扰论和半经典闭合轨道理论相结合，研究了单脉冲和双脉冲激光对里德堡原子和离子在表面附近的光吸收谱和光剥离截面的影响。同时利用量子方法对表面附近里德堡原子的波包动力学进行了量子相干和量子调控研究。本课题完成以后，先后在国内外原子分子物理领域权威学术刊物上发表被SCI收录学术论文33篇。获得山东省自然科学一等奖一项，山东省高等学校优秀科研成果二等奖三项。一名研究生的毕业论文荣获山东省优秀硕士学位论文，一名研究生获得山东省研究生科技创新成果三等奖。