[河南師范大學]原子與分子物理學科
 
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    原子與分子物理作為我省的重點學科建設有以下優勢和機遇:
  
  1、該學科基礎理論研究與應用基礎研究并重,符合我省需要;
  
  2、該學科是國際熱門、國內薄弱、我省唯一且在全國已有較大影響的學科,可稱為我省的一個特色性優勢學科。
  
  3、國家在學位點評審時將原子與分子物理規定為物理學科三個優先增設的博士點學科之一(目前全國僅有3個原子分于物理博士點、十多個碩士點),這為我們近年內實現博士點建設目標提供了不可多得的機遇;
  
  4、該學科有年富力強、知名度較高的學術帶頭人:如孫金鋒教授,42歲,1991年就獲得了博士學位,任中國物理學會原子與分子物理專業委員會委員、四川大學兼職教授(擬評聘為博士生導師)、省管優秀專家,作為會議主席主持過全國性學術會議,在相關領域有較大影響。
  
  四個研究方向分述如下:
  
  一、原子分子碰撞
  
  原子分子與各種粒子(正負電子、離子等)碰撞過程的研究不僅有助于深入了解原子分子結構,揭示基本物理規律,而且能為許多相關學科和應用領域(如天體物理、等離子體物理、凝聚態物理、分子反應動力學及核聚變研究、x-射線激光研究等)提供研究方法和基本數據。近年來本專業點就以下兩個方面開展了深入系統的理論研究,形成了自己的特點并取得了一系列科研成果:
  
  (1)電子-原子、分子碰撞的光學勢模型和可加性規則:提出了較完善的電子—原子(或分子)散射的光學勢模型,建立了一套較完整的理論計算方法,從而將正電子、負電子被原子或分子散射的微分截面、彈性散射截面、非彈性散射截面以及相對論效應對散射截面的修正等計算納入一個統一而簡捷的理論框架之中,在約1——5000ev的中低能區對大量原子、分子的散射截面進行了準確的計算,特別是對幾種復雜分子散射截面的計算,為現有實驗結果提供了不可多得的理論比較支持,得到了國內外同行(如中國科大原子碰撞實驗組、德國ulm大學光譜與結構數據研究組等)的重視。該方向的系列研究論文發表在phys.rev.a、phys.lett.a、z.phys.d、j.phys.b.、europe.phys.d、物理學報、原子分子物理學報等國內外重要學術刊物上。論文被a.zecca、garcia、k.n.joshipura、c.winstead、d.d.reid等國內外著名學者多次引用。
  
  (2)電子-分子散射截面的準經驗公式:針對一些雙原子分子、三原子分子等提出了與分子本身參數及入射電子能量有關的碰撞總截面準經驗公式。公式相當簡單,但較好地與實驗相吻合,體現了物理規律簡潔、定量、準確的特征,具有十分豐富的物理內涵,極具進一步研究的價值。已有多篇反映該方面研究成果的論文在phys.lett.a、z.phys.d、原子分子物理學報等刊物上發表,著名美籍華裔原子分子物理學家、美國原子工程公司總裁陸光祖(k.t.lu)教授對此項工作給予了高度評價,并提出了重要而具體的研究建議。
  
  (3)激光場中電子與原子的相互作用:以頻率、極化方向和強度為特征的光子的參與,使得碰撞過程更為復雜,對其進行深入地研究,能夠揭示出許多新的物理現象與效應,加深對相關粒子間相互作用及動力學過程的理解。激光輔助下電子被原子彈性散射的自由—自由躍遷,是指在激光作用下靶原子保持在基態,而電子在被散射時吸收或發射光子,導致其能量發生數個光子變化的現象,這是激光與電子、原子相互作用的重要形式之一。以低頻激光(軟光子)為前提的kroll-watson近似,目前是比較簡捷的方法,被普遍用于理論計算及實驗結果分析,但隨著實驗研究的細致深入,觀測到了不少其現論無法解釋的結果,引起了國際學者的關注,導致了人們對散射過程中可能存在的新效應與新現象的濃厚興趣。課題組于三年前對該課題投入大量的精力,在國際上率先建立并完善了一套具有自己特色的微擾理論方法,并對激光場中電子與he、ar原子的相互作用進行了研究,成功地解釋了激光場中電子與原子散射的小角度問題,倍受國際專家學者的關注,其成果已發表在phys.rev.a、chinese physics等著名學術期刊上。我國有些單位己開展了電子—原子散射實驗,但由于將激光引入碰撞研究對設備、技術及經費的較高要求,尚未開展相應的實驗研究;理論研究方面,國內迄今亦未見有其它系統的研究報道。
  
  (4)原子的光電離和光激發:原子光電離與激發可以幫助我們更好地理解原子中電子的關聯與極化,對新型激光器、x-射線激光的研制以及天體物理中不透明度的計算都有著重要貢獻。本課題組與清華大學的李家明院士合作,成功地開發了r-matrix軟件包,利用r矩陣密藕方法,系統研究了氦原子高激發態光電離的總截面、微分截面以及β參數,填補了部分理論數據的空白。該項研究可為離子雙電子復合以及等離子體衰變輻射過程提供數據,論文已被phys.rev.a和物理學報接受發表。
  
  二、原子分子與固體表面相互作用
  
  原子分子與固體表面相互作用是原子分子物理與其它學科的一個極有意義和前途的交叉學科。本專業點的研究主要包括以下內容:
  
  (1)原子分子在固體表面的吸附:對外來原子在固體表面上吸附這一物理化學過程的研究在催化、防腐、催化劑的選擇和制造、環境保護等方面均有重要意義。近幾年來本專業點在該方向進行了深入研究,內容涉及“摻雜晶體表面的吸附”,“無序及部分有序二元合金表面的吸附”、“復合材料表面的吸附”等課題,研究結果處于國際前沿領域,國內同類研究還很少。
  
  (2)原子分子或離子與表面的電荷轉移:原子分子或離子與表面作用過程大多數伴隨著電荷轉移,對這種現象的研究對于理解原子分子同表面相互作用機理,避免某些有害過程(如宇宙空間粒子對航天器件的影響)以及進行表面分析等都有重要意義。本學科點近幾年開展了“粒子在摻雜晶體表面的中和過程的研究”、“原子分子或離子與二元合金表面相互作用過程中電荷轉移的研究”等。有關研究成果已發表于surface science, j.physics等國際學術刊物上。
  
  (3)過渡金屬原子與半導體表面的相互作用:九十年代以來,由于應用和理論方面的重要性,對過渡金屬膜及其化合物在導體表面上外延生長所形成的“鐵磁體/半導體”的應用前景,并與下一世紀“磁電子學”的發展密切相關。人們對此體系進行了較多的實驗研究,但理論研究還很缺乏。我們首次用能帶方法對“mn與gaas(001)的相互作用”及其“mn-基異質體系集磁性與半導體電子學于一體,在磁電子器件和磁光器件的研制和開發方面有廣泛化合物”的電子結構與磁性進行了系統的理論研究,包括吸附特性、電子結構和表面磁性等(已在phys.rev.b.等國際著名期刊上發表10余篇論文),所得結果與實驗符合得很好。
  
  三、原子對電子的局域化作用機制及其在固體材料研究中的應用
  
  從原子分子微觀角度研究固體材料的特性、開展材料的原子分子設計與合成是原子分子物理和凝聚態物理、材料物理等多學科交叉的研究領域,原子對電子的局域化作用機制及其在固體材料研究中的應用是該領域中基礎和應用意義重大的前沿課題。本學科近年來在該領域就以下幾個方面開展了富有特色的研究并取得了突出的成果:
  
  (1)金屬氧化物復合體系的電子結構、缺陷與相變的研究:在該研究方面,本課題組首先將正電子實驗手段引入氧化物超導體電子結構與電荷轉移機制的系統研究,給出了o-t相變過程局域電子結構與空位變化特征,發現了存在于四方相中cu-o鏈區域電子的弱局域化效應,進一步證明高溫氧化物超導材料是一氧缺陷的正交結構體系,在電荷庫層和導電層之間電荷轉移機制研究方面作出了有特色的工作;在氧化鋅壓敏陶瓷研究方面,通過各種制備工藝獲得了不同結構特征的壓敏材料,將正電子及相關實驗技術用于該類材料的系統研究,為高溫超導機理與氧化鋅壓敏機理的研究提供了重要的正電子實驗證據。有關課題得到國家超導863計劃和攀登計劃專家委員會、國家自然科學基金委、河南省自然科學基金委和河南省優秀中青年骨干教師獎歷基金的資助,并取得了一系列有特色的成果,課題組負責人曾因此應會議主席的特別邀請和資助在德國和法國舉行的國際會議上作大會特邀報告;九六年經國家科委批準,該學科成功地主辦了首屆世界華人青年超導學術會議,國內外十二個國家和地區的專家學者赴會,其中包括諾貝爾獎得主、高溫超導發現者、瑞士ibm實驗室的j.g.bednorz教授在內。近年來,已在國內外著名學術期刊physical review b、physics letter a和中國科學、物理學報等公開發表論文一百余篇,其中sci、ei收錄40余篇,目前已發現被國內外學者引用近40次。
  
  (2)復合氧化物功能陶瓷材料及應用研究:在該方面主要進行了多元氧化鋅壓敏陶瓷材料和多孔硅發光材料的基礎研究及應用探索,利用對壓敏特性的影響規律,找到了相應的材料改性方案,獲得了具有低組分和較高非線性系數的壓敏樣品,其論文發表于materials science forum(材料科學論壇,瑞士)、功能材料等,為該類材料壓敏機理的理解和材料制備與應用改性提供了重要的基礎研究資料,因而具有直接的應用價值和實際意義。該方面研究獲得了河南省自然科學基金和河南省科技攻關計劃項目的資助,有關zno復合氧化物壓敏陶瓷的相關工藝和制備技術,擬在我國氧化鋅壓敏電阻器最大生產企業之一的河南金冠集團付諸產業化應用(該項目已于1998年被河南省科委作為河南省科技攻關項目在本課題組立項(no.981120407)。
  
  四、原子與激光光譜
  
  激光光譜研究是原子與分子物理學中一個重要的研究方向。本學科成員在該方向就以兩個方面開展了很有成效和特色的工作: (1)共振濾波器研究:目前,隨著激光通信技術,尤其是激光對潛通信、激光探潛技術和星載激光通訊的飛速發展,為了提高通信距離和效率,不僅需要單頻、帶寬可調諧的大功率激光器,而且必須具有窄帶寬、高透過、中心頻率可調諧的與之相匹配的濾光器件。正是基于這種重要的應用背景,原于共振濾波器的研究成為目前國際上一個活躍的研究課題,我國在此方面還處于初步的基礎研究階段。本學科點深入開展了原子氣體faraday反常色散濾光器的基礎理論研究和初步的實驗研究,在工作波長可調、帶寬較窄、通帶內高透射、通帶外高抑制、響應時間長等重要的特征指標要求方面取得了可喜的成績,在國際和國家核心期刊上發表了系列研究論文。
  
  (2)超短超強激光場中原子分子的非線性研究:本學科成員與上海光機所強光光學實驗室合作,開展了原子、分子、離子、原子團簇在超短脈沖強光場作用下的電離和高次諧波輻射特性研究。在理論方面,利用二能級原子模型研究了激光強度,激光頻率以及原子躍遷頻率對高次諧波輻射的影響,得到了和其它原子模型相同的結果;利用一維勢模型研究了激光強度,激光頻率,原子電離能雙包場初始粒子數布局,脈沖寬度和脈沖形狀等參量對高次諧波輻射的影響;首次研究了分子離子的核間隔對分子離子的電離和高次諧波輻射的影響,發現在其一段核間隔內非常有利于高次諧波輻射;首次研究了原子團簇的尺寸,激光強度對原子團簇的電離和光輻射的影響;利用半經典理論研究了任意偏振雙包場高次諧波輻射,以及任意瀕率雙包場作用下的高階和和頻過程。在實驗工作方面,在中國科學院上海光學精密機械研究所強光光學開放研究實驗室的tw級45飛秒欽寶石激光裝置上,以氫氣為工作介質得到了81次以上的高次諧波輻射,相應波長短于1onm,這一結果達到國際同類實驗先進水平;以氖氣為工作介質,獲得的可分辯的高次諧波高達107次(7.3nm),不可分辯的輻射信號高于121次,這一結果同樣達到國際領先地位。
  
  我校原子與分子物理學科從九十年代初開始建設,在較短時間內取得了突出的成績,受到了全國同行的重視,于1995午獲得了碩士學位授予權,成為全國十多個碩士點之一和國內該學科最高學術組織——原子分子物理專業委員會的成員單位之一。目前該學科學術隊成員年富力強,勇于開拓進取;有原子分子碰撞、原子分子與固體表面相互作用、原子對電子的局域化作用機制及其在固體材料研究中的應用和原子與激光光譜四個穩定的研究方向,已經形成了自己的研究特色,并取得了一系列重要科研成果。
  

 

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