含碘分子相对论效应的高分辨电子碰撞实验研究

在高Z原子或含有高Z原子的分子中，价轨道电子的相对论效应也很重要，直接影响到原子分子的电子结构及化学性质。实验研究多采用光电子能谱学方法，测量价电子的自旋-轨道劈裂能和劈裂成份的光电离截面及非对称参数分支比随光子能量的变化。本项目拟用高能量分辨（0.5 eV）的电子动量谱学实验方法，选择若干含碘分子作为研究对象，测量分子价轨道电子的二维能、动量谱，获得轨道电子的电离能和动量空间中的径向电子密度分布，以及价轨道I 5p电子自旋-轨道劈裂组分的电子密度分布及其分支比，直接观察相对论效应对电子态波函数的影响，尝试研究不同分子环境中其它原子或基团对I 5p电子不同自旋组分的影响。

本项目利用电子碰撞谱学实验和相对论密度泛函理论方法，研究了若干含碘分子的相对论效应对其电子结构的影响，取得了以下成果：（1）基于相对论密度泛函理论程序代码(ADF)，自行开发编写了一套用于提取分子轨道的二分量相对论波函数和计算动量空间中轨道电子密度分布的计算程序，并用此程序计算了三氟碘甲烷、碘甲烷、碘乙烷、碘丙烷分子的轨道电子密度分布，系统研究了各个分子HOMO轨道电子自旋-轨道劈裂成分的密度分布差异，以及C-I 键轨道的电子密度分布。（2）实验测量了三氟碘甲烷、碘甲烷和碘丙烷分子，观测相对论效应对分子轨道波函数的影响。（3）自主研制成功一台高灵敏的全角度电子动量谱仪，探测方位角扩展到近360度，大大提高了谱仪效率，为下一步大幅度提升谱仪能量分辨打下重要基础。