导读:本文包含了张量相互作用论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:赝势相对论,分子中的原子量子理论,转轴,相互作用
张量相互作用论文文献综述
王玲玲[1]（2018）在《利用“分子中原子”和“应力张量”理论研究分子内相互作用和金属叁明治结构[Sb_3Au_3Sb_3]~(3-)》一文中研究指出一、量子化学的简介17世纪末,牛顿发现了经典力学,即宏观物体的运动规律。在20世纪初,物理学家发现经典力学不能准确地解释小粒子之间的相互作用,例如分子和原子中的原子核、电子,但是这些粒子的相互作用却可以用量子力学描述。量子化学中的分子轨道理论、价键理论和配位场理论可以用来描述分子结构。后来,化学家们慢慢地将量子力学运用到化学中,特别是在20世纪20年代末,海伦特用量子力学研究H原子和H2分子之间的化学键本质,标志着量子化学学科的形成。量子化学被广泛地应用到化学学科中的各个分支,特别是在物理化学方面,用量子化学计算气体的热力学性质、解释分子光谱、测定分子之间的相互作用和描述异构体能量差等。1960年以后,量子化学主要对计算方法进行研究,例如半经验法、从头算方法。随着计算机的性能不断提高,量子化学在和薛定谔方程、海森矩阵和狄拉克方程连用时,得到的数据更加精确,所以量子化学被应用在各个方面,如在生物化学和表面化学中的应用。二、QTAIM 简介20世纪60年代,Bader主要研究电子密度分布,并首次提出电子密度是化学中最重要的性质,为之后的“分子中原子”(AIM,Atoms in Molecules)理论提供了基础。近年来通过不断发展与完善,在其缜密的量子力学理论基础上该理论被发展为“分子中原子”量子理论(QTAIM,Quantum Theory of Atoms in Molecules)。Bader 早期对分子中电子密度分布的研究与现代密度泛函理论(DFT)的公式相吻合,现代DFT理论的计算能够进一步提高精确度,并能快速制作出质量空前的电子密度图。由于DFT的出现、计算机功率的惊人增加、以及算法的进步,导致了应用分子中原子量子理论的研究数量爆炸性增长,这些研究涉及到固态物理学、材料科学、表面科学、x射线分析等一系列非常广泛的应用。电子密度ρ(r)分布是QTAIM理论的核心,一个分子的电子密度分布的拓扑性质是由其电子密度梯度矢量场即一阶导数▽ρ(r)和电子密度的二阶导数Laplacian值▽2ρ(rb)决定的。若空间中某一点电子密度分布的一阶导数▽ρ(r)= 0,则该点称为临界点,在该点建立Hessian(3*3)矩阵,可得到叁个本征值(λ1,λ2,λ3),其中Laplacian值▽2ρ(rb)被定义为▽2ρ(rb)=λ1+ λ2+ λ3。若▽2ρ(rb)<0,表示该区域 Laplacian值为负值,势能占优势,负电荷在该处集中,并且值越小,化学键的共价性越强;若▽2ρ(rb)>0,表示该区域Laplacian值为正值,动能占优势,负电荷在该处分散,值越大,化学键的离子性越强;若▽2ρ(rb)接近于0时,一般形成的是较弱的化学键。而且,电子密度ρ(r)的海森矩阵的对角化给出有序特征值λ1<λ2<λ3的集合和相应的特征向量e1,e2,e3。临界点的性质由相应的海森矩阵的特征值(λ1、λ2和λ3)的有序集合揭示,临界点标记为(R,ω),其中R代表矩阵的秩,符号ω是三个特征值正负号数目的代数和。在临界点处ω只能等于3。临界点它有四种类型,核临界点(3,-3),通常对应核位置的局部最大值;当(R,ω)对应的是(3,-1)和(3,1),它们分别是键临界点(BCP)和环临界点(RCP);(3,+3)称为笼临界点(CCP)。特征向量e3表示在BCP处键路径的方向。电子积累的最佳方向和最不优先的方向分别是e2和e1。首先,本论文是基于QTAIM和应力张量理论研究叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-,探讨哪种计算方法更适合研究重金属原子的结构。其次,继续用QTAIM和应力张量理论研究F-NAIBP分子马达中F轨迹和S轨迹,通过分析转轴C1-C2 BCP的性质,从而了解动力学轨迹的差别。最后,继续研究F-NAIBP分子马达和H-NAIBP分子马达中动力学轨迹中闭壳BCPs的分子内相互作用是如何阻碍电机的工作,从而提出改善电机工作的方法。叁、基于QTAIM和应力张量理论研究叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-1951年,科学家们首次发现二茂铁,它是由中心原子Fe和两个环戊二烯配体组成的一个叁层结构,属于配位化合物。基于二茂铁特殊的叁层结构,越来越多的人们对合成二茂铁这类化合物感兴趣。2002年,Urnezius课题组第一次合成一个不含碳原子的叁明治结构。随着对叁明治结构研究的不断深入,发现金属片叁明治结构是可以单独存在。例如,在化合物 Pd3(C7H7)2Cl3][PPh4]和[Pd5(C18H12)2(C7H8)][B(Arf)4]2(4-C7H8)中,且B(Arf)4=B[3,5-(CF3)2C6H3]4,Pd3和Pd5的配体是单独存在的。2015年,第一次通过实验的方法合成叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-,并研究叁明治结构的性能,发现它可以作为一种新型材料。也有研究者用计算化学的方法研究叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-的稳定性和化学键变化。之前,人们对叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-的研究主要集中在分子轨道,势能面和原子结构方面,而本研究中主要用分子中原子量子理论研究化学键。由于叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-中含有重金属Au,它的质量比较大,相对论效应不能忽略。所以,本研究中用两种计算方法计算叁明治结构[Sb3 Au3Sb3]3-,并比较它们的QTAIM和应力张量性质。这两种计算方法是:(1)DFT方法;(2)赝势相对论方法,它是标量相对论零阶正则逼近(SR-ZORA)的狄拉克等式。和普通的DFT方法相比,赝势相对论,即标量相对论的零阶正则逼近(SR-ZORA)的狄拉克等式,它的计算方法有很多优点。接下来,会简单的介绍新方法的优点。Anderson和Ayers通过他们的工作证实分子中原子量子理论(QTAIM)和赝势相对论联用时,同样具有适用性。而且Bader和Anderson,Ayers的研究表明非相对论和(SR-ZORA)的狄拉克等式有相同的数学表达式,它们唯一不同的是电子密度。和普通的DFT方法的计算相比,赝式相对论方法计算金和其他重金属化合物,并用分子中原子量子理论分析金和其他重金属元素的原子性质(电子拓扑结构),它们有一个～20%-30%(～10%-15%)的差异。在前人研究的基础上,Anderson和Ayers了解到以下几点:第一,运用SR-ZORA的狄拉克等式计算键临界点(BCP)的性质时,它能够修正重金属相对论效应的影响;第二,由于计算含有d轨道的元素,考虑重金属电子密度的性质,例如金,用SR-ZORA的狄拉克等式计算重金属化合物时,不需要使用二组分和四组分的方法;第叁,用SR-ZORA的狄拉克等式计算键临界点(BCP)的性质,如果它不是主要依赖自旋轨道的相互作用,键临界点(BCP)性质的误差可以忽略。本研究的计算细节如下,首先,从You等人发表的文章中提取计算坐标,采用多个不同的基组、密度泛函理论(DFT)在Gaussian09E.01的版本中进行几何优化和单点能的计算。由于在DFT方法和PBEO/aug-cc-pVTZ-pp、PBE0/def2-TZVP 水平进行的计算,标准的Gaussian09非常紧,它的均方根力10-6哈里/原子单位,所以在计算时采取收敛准则。在表2-1和表2-2中,用AIMALL软件进行分析叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-的QTAIM和应力张量的性质,而表2-3和表2-4的计算方法是用ZORA-PBEO-QZ4P和DFT PBEO/ZORA-TZP计算这些无限制电子的单点能,再通过阿姆斯特丹密度泛涵软件包(ADF2016)计算QTAIM和应力张量性质,最后从DGrid 5.0软件中提取数据进行分析。在表2-1 和表2-2 中,Au--Au BCPs,Au--Sb BP和 Sb--Sb BPs的Laplacian值大于0,所以均是闭合BCP。BCPs的总局部能量HH(rb)<0,表明BCPs有弱的作用力,如单键;而且,BCPs都表现出一定的共价键性质。考虑键临界点(BCP)的键路径长度(BPL)时,总局部能量H(rb)<0是不正常的,尤其是Au--AuBCPs的总局部能量H(rb)<0。而且,闭合BCPs的椭圆率ε有较大的值。这是为什么呢,是否因为分子中存在环临界点(RCP)?虽然以前把RCP的存在作为判断椭圆率ε具有较大值的准则,但是本研究中椭圆率ε有较大的值不是因为键临界点(BCP)中心附近环临界点(RCP)的存在。对于Sb--SbBCPs,金属率ξ(rb)具有较大的值,且Sb--SbBCPs的ξ(rb)>1。从表2-1和表2-2中QTAIM和应力张量性质的数据分析,Au--Au BCPs和Au-Sb BCPs的对称性有差异,这种差异是由优化准则(1 x 10-5哈里/埃)和电子电荷密度一阶导数▽ρ(r)中临界点定位的特殊方法造成的。表2-1和表2-2中Au--Au BCPs的应力张量特征值λ3σ等的误差是因为未校正Au原子的质量。在You等人研究中,认为叁明治结构是零阶模型[Sb315+Au33-Sb31.5+]3-,每个Sb原子带+1.5价,每个Au原子带-3价。从化合价态分析:Sb是金属元素,Au是非金属元素。在本研究中,叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-中BCPs的导电性不需要波函数计算,可以通过金属率ξ(rb)定性地分析BCPs的导电性。在表2-1和表2-2中,Sb-SbBCPs的金属率ξ(rb)>1,Au--AuBCPs的金属率ξ(rb)<1,说明Sb--SbBCPs具有金属的性质,Au--AuBCPs具有非金属的性质,这是因为Sb--SbBCPs失去电子,Au--AuBCPs得到电子。尽管叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-的每个原子都是金属原子,但是从金属率ξ(rb)和零阶模型中价态的分析,叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-均表现半导体的性质。从图2-1中还可以观察到,Au--AuBCPs在叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-的中间,而Sb--SbBCPs在叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-中的顶端和底端,更加地从侧面证实叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-是半导体。在表2-1和表2-2中,刚度S没有随键路径长度(BPL)呈现出规律性的变化,Au--Au Bs,Sb--Sb BCPs和Au--Sb BCPs的键路径长度(BPL)分别是3.020、2.890、2.640左右,而Au--AuBCPs,Sb-SbBCPs和Au--Sb BCPs的刚度S分别是0.1695、0.4200和0.3660左右。而且,键路径长度(BPL)和几何键长(GBL)之间存在很小的差异,没有表明电子缺乏环境。同样地它的椭圆率ε没有随着刚度S呈规律性变化,应力张量刚度Sσ没有随键路径长度(BPL)做规律性变化。但是分子中原子量子理论中的QTAIM性质中只有总局部能量H(rb)随键路径长度(BPL)做规律性变化。对于Au-AuBCPs,Sb--SbBCPs和Au--SbBCPs,它们的键路径长度(BPL)分别是3.020、2.890、2.640左右,它们的总局部能量H(rb)的值分别是-0.0032、-0.0145和-0.0260,更短的键路径长度(BPL)对应更小的总局布能量H(rb)。叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-中的键是缺电子,可视为应变键。它可以解释刚度S不随键路径长度(BPL)和椭圆率ε呈规律性变化。在早期课题组研究联苯的键路径扭转时,刚度S没有随着键路径长度(BPL)做规律性变化。分析表2-1和表2-2中的数据,应力张量刚度Sσ没有遵循键路径长度(BPL)变化的规律。这表明电荷密度分布可以决定电荷密度的准确性。在表2-1和表2-2中观察到应力张量特征值λ3σ随键路径长度(BPL)变化,越小的键路径长度(BPL)对应越小的应力张量特征值λ3σ。但是Au--SbBCPs和Sb--SbBCPs的应力张量特征值λ3σ是负的,说明在运用DFT方法计算叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-时,Au--Sb BCPs和Sb--SbBCPs的键路径被拉紧,发生了变化。在表2-3和表2-4中,椭圆率ε不随几何键长(GBL)呈规律性变化,总局部能量H(rb)随几何键长(GBL)呈规律性变化,越小的几何键长(GBL),对应越小的总局部能量H(rb)。刚度S随金属率ξ(rb)做规律性变化,越小的金属率ξ(rb)对应越小的刚度S。补充材料表S2,是用较低的理论B3LYP/TZP基组和SR-ZORA狄拉克等式计算,并用ADF2016和DGrigd 5.0软件进行数据分析。尽管BCPs较低的几何键长(GBL)值与较高的刚度S值不相关,但是BCPs较高的应力张量刚度Sσ值随较低的几何键长(GBL)呈规律性变化,键临界点(BCP)的几何键长(GBL)的值越大,应力张量刚度Sσ的值越小。使用SR-ZORA的狄拉克等式计算叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-,并分析它们的QTAIM和应力张量性质时,发现Au--Au BCPs的金属率ξ(rb)没有受到影响,但Au--Sb BCPs和Sb--Sb BCPs的金属率ξ(rb)都有很大程度减少。而且,通过这些数据分析,发现使用SR-ZORA狄拉克等式的方法计算叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-时,它的应力张量特征值λ3σ均大于0。尤其是在PBEO/SR-ZORA/TZP 和 B3LYP/SR-ZORA/TZP 中,当应力张量特征值λ3σ>0,键临界点的应力张量刚度Sσ随总局部能量的绝对值|H(rb)|增加而增加,分别见表2-4和补充材料表S2。最后,本研究主要利用QTAIM和应力张量理论分析叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-。之前You等人通过实验得到叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-的键长是间接的,在物理一致性方面还没有独立检查,然而,在本研究中,采用波函数的高阶导数来计算叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-,并提供了一个直接的物理方法来检查它们的一致性。所以在分析这些性质时,发现它比单纯使用几何结构、键长和键角等更灵敏、更直观。四、研究光驱动分子马达(F-NAIBP)中转轴C1-C2 BCP的性质烯烃分子是分子马达的第一个模型,它的双键两边连着的原子团或者原子,就是分子马达的转子和定子。由于分子马达在光致激发的条件下,它的双键C1-C2 BCP断裂成单键C1-C2 BCP,所以分子马达中的其他原子或者原子团能够围绕转轴C1-C2 BCP进行扭转运动。在理论和实验中,均证实光异构化的过程。首先,它是通过锥形交叉缝(CI)进行非绝热粒子数转移,达到基态亚稳态构象;中间,电动机经历热弛豫步骤,在相对于分子马达的开始位置,旋转180°结束基态的亚稳态构象;然后再吸收另外一个光子,等待热弛豫松弛,从而完成光异构化过程的整个步骤。第一个烯烃分子马达的量子效率特别低,每个光子成功的异构化,大约0.1到0.2,这可能是因为转轴需要扭转90°到达锥形交叉缝。由于马达的量子效率低,研究者们提出另外几种设计方案。特别指出由于分子结构中具有化学修饰作用,分子马达中只有转轴进行旋转,并且光致异构化,分子马达具有更高的量子效率,所以有人认为,分子马达可以用扭转——角长度变换(BLA)替换。后来,非绝热分子动力学(NAMD)已经证实这个猜测。通过化学修饰后分子马达的NAMD模拟得到的是NAIBP(N-烷基化亚茚满基苯并吡咯)马达。尤其是确定了 3-[(2S)-2-氟-2-甲基-1-茚满基]-1-甲基-2-甲基吲哚(F-NAIBP)马达的激发态的两种动力学模型。一种分子模型的特征(通过转子旋转实现)迅速到达S1势能面(PES)最小值和附近的锥形交叉缝(CI),而另外一种分子类型的特征是在光激发后,转轴C1-C2 BCP在弗兰克--康登点(FC)附近保持长时间不动后,再进行延迟旋转到达S0/S1锥形交叉缝(CI)。虽然两种类型的分子成功到达基态/激发态(S0/S1)锥形交叉缝(CI),但是它们的S1寿命不同,一个是300 fs,另一个是600 fs。由于它们的S1寿命不同,可能会对分子马达产生较大的影响,所以需要研究转轴C1-C2 BCP的性质,从而了解造成这种差异的原因。在本研究中,计算方法是SSR方法。它是以密度泛函理论(DFT)为基础发展而来的计算方法,能够准确地解释分子系统中基态和激发态的动态和非动态相关电子的关系。在其他课题组的研究中,SSR方法用来检测分子的基态和激发态,而且它在和高水平的从头算多参考方法连用时,得到的结果更加精确,但是传统的自旋守恒线性响应TD-DFT方法却不具备这种能力。更重要的是,在计算有机分子的锥形相交几何结构时,用SSR计算方法和MRCISD高级算法得到的几何结构,它们的几何结构只差0.06埃。在本研究中,我们运用BH&HLYP/6-31G/SSR方法,研究F-NAIBP分子马达的NAMD轨迹的密度变化。用SSR方法计算前线KS轨道的电子密度,两个前线KS轨道分别是电子密度占据最高轨道和未占据的最低轨道。SSR方法是在COLOGNE2012上进行计算的,再用AIMALL软件进行QTAIM和应力张量性质分析。从NAMD TSH-OM2/MRCI模拟池中选出发生EP→ZM光异构化步骤的六个典型性轨迹。由于这些轨迹激发态S1寿命不同,以及接近各自锥形交叉缝的区域方式不同,确定NAMD所有轨迹可分为两类:快速轨迹和慢速轨迹。其中,一个快速轨迹(F)和一个慢速轨迹(S)的S1→S0表面跳跃分别发生在352 fs和574 fs;而另外两个S轨迹发生S1→S0表面跳跃的时间分别为556 fs和557 fs,另外两个F轨迹发生S1→S0表面跳跃的时间分别为321 fs和323 fs。轨迹F表示快速光异构化过程,轨迹S表示慢速光异构化的过程。由于Franck-Condon(FC)点延迟离开,慢轨迹S激发态S1的特征是比F轨迹拥有有更长的寿命。接下来,会详细介绍EP→ZM轨迹中快速(F)和慢速(S)轨迹中转轴C1-C2 BCP的QTAIM和应力张量性质。在图3-2(a,c,e)中,F-NAIBP分子马达中F轨迹的激发态S1达到最小值和锥形交叉缝(CI)在352fs。在图3-2(b,d,f)中,F-NAIBP中S轨迹的激发态S1达到最小值和圆锥形交叉缝(CI)的周期较长,它是在574fs。而且,F轨迹和S轨迹到达锥形交叉缝(CI)的时间点分别与它们的跳跃时间点重合。F轨迹和S轨迹到达最小值的差别是因为S轨迹中在FC点附近保持构像,延迟扭转,而F轨迹会快速到达激发态S1的势能面(PES)。在图3-2(b,d),S轨迹的相对能量△E随时间变化不明显。在图3-3(a-b)中,描述转轴C1-C2 BCP的S1-S0应力张量刚度Sσ随时间的变化。在F轨迹前150 fs和S轨迹前400 fs的应力张量刚度Sσ保持一个恒定值,说明在这段时间内,F-NAIBP分子马达没有工作。图3-3(c-d),描述转轴C1-C2 BCP的S1-S0应力张量刚度Sσ随二面角θ的变化。在θ = 20.0°,F-NAIBP分子马达中S轨迹的应力张量刚度Sσ有数据点聚集在一起,然而,F轨迹中却没有观察到这种现象,表明F-NAIBP分子马达的S轨迹在这个角度内,没有工作,而F轨迹却正常工作。在图3-3(e-f)中,描述转轴C1-C2 BCP的应力张量特征值λ3σ随时间的变化,可以看到转轴C1-C2 BCP的应力张量特征值λ3σ的变化与键路径相关,F轨迹和S轨迹在跳跃时间点有相位转变的行为。对于F轨迹和S轨迹中基态S0和激发态S1,它们的应力张量特征值λ3σ变化均没有明显的差异。图3-4,描述F-NAIBP分子马达中转轴C1-C2 BCP的应力张量响应角βσ随时间和二面角0的变化。在3-4(a-b)中,可以看出应力张量响应角βσ和势能面(PES)的变化一样,F轨迹和S轨迹中基态S0和激发态S1中应力张量响应角βσ的转折点分别与它们的跳跃时间点重合。观察图3-4(c-d),在θ ≈ 20.0°,F-NAIBP分子马达中S轨迹的基态S0和激发态S1有数据点聚集,然而,F轨迹中没有观察到这种现象,表明F-NAIBP分子马达S轨迹中基态S0和激发态S1没有工作,而F轨迹却正常工作。它和转轴C1-C2 BCP的应力张量刚度Sσ的现象保持一致。在早期课题组的研究中,在锥形交叉缝(CI)附近,激发态S1的应力张量响应角艮会通过βσσ = 0.0°处,但是基态S0没有。同样,在本研究中,观察F-NAIBP分子马达中激发态S1的转轴C1-C2 BCP应力张量响应角βσ,发现它在锥形交叉缝(CI)附近继续运动,但是观察基态S0的应力张量响应角βσ时,F-NAIBP分子马达却没有运动。激发态S1中应力张量响应角βσ随着二面角0的变化,类似于通过谐振的阻尼振荡器的介电常数的变化。在该分子模型中,阻尼是由分子内闭壳BCPs与其相关键合路径的相互作用引起,从而阻碍F-NAIBP电机的工作。从矢量的角度来看,基态S0和激发态S1的键路径变形机理和锥形交叉缝(CI)附近的C1-C2BCP的性质存在差异。基态S0的应力张量响应角βσ通过锥形交叉缝(CI)的阶梯状轮廓变化表明转轴C1-C2 BCP键合路径的双键完全断裂成单键,因此在这时候,基态S0的应力张量响应角βσ不随二面角θ变化。在锥形交叉缝(CI)附近,激发态S1的应力张量响应角βσ通过(βσ≈ 0.0°的非阶梯状轮廓变化表明转轴C1-C2 BCP仍然随二面角θ变化,而且它的键路径还发生扭转。在激发态S1的转轴C1-C2 BCP键合路径变形的性质可能是键的一种扭转,它可同时压缩λ1σ和λ2σ。在本研究中,第一次用QTAIM和应力张量理论研究分子马达的非绝热模拟轨迹,F轨迹和S轨迹中转轴C1-C2 BCP的基态S0和激发态S1的应力张量刚度Sσ、应力张量特征值λ3σσ和应力张量响应角βσ时,发现S轨迹的转轴C1-C2 BCP特别牢固。同样,当观察应力张量特征值λ3σ和应力张量响应角βσ时,可以清晰的看到在跳跃时间点发生气相行为的转变,而且比较应力张量响应角βσ的基态S0和激发态S1的转轴C1-C2BCP,发现它的键路径变化方式不同。总之,通过研究转轴C1-C2 BCP的性质,发现F-NAIBP分子中快(F)和慢(S)运动动力学轨迹之间差异的原因:键路径长度的相互作用的耦合效应,慢轨迹S在FC点附近,超过400fs才发生扭转;快速轨迹F的激发态S1会快速下降到势能面(PES),从而相对于F轨迹,S轨迹中转轴C1-C2 BCP的旋转受到更多阻碍。五、对动力学轨迹中闭壳BCPs的分子内相互作用进行研究在本章节中,用总局部能量H(rb)继续研究光驱动分子马达的动力学轨迹中闭合BCPs的分子内相互作用。之前课题组中有人用总局部能量H(rb)来研究水的键路径变化,发现总局部能量H(rb)<0的闭壳BCPs表现出一定的共价键性质,存在强相互作用力氢键。这个结果可以用键的耦合解释,它们共用一个H NCP,O-H BCPs中的共价键的性质转移一部分到氢键上。而且,化学键在闭合BCP和开壳BCP之间互相转化,是因为O-H BCP的σ键具有给电子能力。同样,在本研究中,也有类似的变化,会在下面的篇幅中详细描述。图4-1是描述F-NAIBP分子马达中F轨迹和S轨迹的拓扑复杂度最简单和最复杂的分子图。在图4-1(a)、(c)中,它们分别是F轨迹和S轨迹中拓扑复杂度最简单时的分子图,选取的分子图所对应的时间是跳跃时间,分别是352fs和574fs。而图4-1(b)、(d)是F轨迹和S轨迹的拓扑复杂度最复杂时候的分子图,它们对于的时间分别是568fs和456fs。在图4-1(a),只有转轴和转子、定子之间相互作用力,再无其他键的相互作用力,而图4-1(c),除了转轴C1-C2 BCP连接的转子和定子之间的相互作用力,还有其他的闭壳BCPs,在图中用虚线表示。图4-2中是F-NAIBP分子马达中闭壳BCPs的总局部能量H(rb)随时间的变化。图4-2(a-b),F13--C9 BCP的化学键行为比较特殊,F13--C9 BCP在闭合BCP和开壳BCP之间互相转换,而且闭合F13--C9 BCP的总局部能量H(rb)的值比开壳F13-C9 BCP的总局部能量H(rb)的值更小。F13--C9 BCP的化学键特殊行为表明F13--C9 BCP的键路径变化时,它与F13--H36 BCP发生化学耦合作用。F13--C9 BCP表现闭壳BCP的性质,是因为F13--H36 BCP具有给电子基效应。当分子内闭合BCPs发生化学耦合作用,会使得分子内BCPs的总局部能量H(rb)<0,从而使这些分子内闭壳BCPs的相互作用增强。如果F13-C9 BCP与分子内闭壳BCP之间发生的化学耦合作用持续一段时间,则转轴C1-C2BCP将会更难发生扭转,同样,这个相同的结果也可以在第叁章中的图3-3中观察到。从图4-2(a-b)观察到,S轨迹中F13--C9 BCP和分子内闭壳BCPs发生化学耦合作用比F轨迹多。这个耦合的差异可以解释F轨迹和S轨迹中闭壳BCPs有非常明显连续或者接近连续的键路径的变化。而且,之前课题组成员研究F-NAIBP分子的椭圆率ε,发现S轨迹的激发态S1和基态S0的椭圆率ε差别很小,导致靠近F13原子的BCP,这些分子内BCPs的总局部能量H(rb)的值很小。图4-2(c-d)中,可以观察到H---H BCPs和H--C BCPs的总局部能量H(rb)<0。由于这些H---H BCPs和H--C BCPs的H(rb)<0,所以F轨迹中应力张量刚度Sσ在θ ≈0.0°,θ ≈ 30.0到θ ≈ 40.0°,θ ≈ 60.0°和0 ≈ 180.0°中有数据点轻微聚集,在θ≈ 20.0°,S轨迹的应力张量刚度Sσ和应力张量响应角βσ均有大量的数据点聚集。而且,在图4-2(c)、(e)中看到,F轨迹在跳跃时间点的总局能量H(rb)是不连续的,这是因为F轨迹在跳跃时间点只有转轴C1-C2 BCP和转子、定子之间的相互作用力,没有其他闭壳BCPs的分子内相互作用。图4-3是F-NAIBP分子马达闭壳BCPs的总局部能量H(rb)随二面角0的变化。在图4-3(b)、(d)、(f)可以观察到,在θ ≈ 20.0°处,S轨迹有大量的数据点聚集,然而,这种现象却没有在F轨迹中观察到。这个事实表明在θ ≈ 20.0°时,F-NAIBP分子马达中S轨迹停止工作,F轨迹正常工作。这是因为骨架F13--C9 BCP和分子中F13--H36 BCP发生化学耦合作用,阻碍F-NAIBP马达的工作。这种耦合作用增加了F13--H36 BCP的共价键的性质,在S轨迹前400 fs效地拖住了F-NAIBP分子马达的转子和定子,使得它在这段时间很难进行工作。图4-4,是H13原子取代F13原子的H-NAIBP分子马达总局部能量H(rb)随时间的变化。对于H-NAIBP分子马达的F轨迹和S轨迹,没有观察到阻碍H-NAIBP分子马达的现象。在图4-4(a-b)中,H13-C9 BCP是开壳BCP,不存在开壳BCP和闭壳BCP之间互相转化。在图4-4(c),(e),(g)中可以观察到,H-NAIBP分子马达在跳跃时间前,它的F轨迹总局部能量H(rb)发生很大的波动;然而在图4-4(d),(f),(h)中,H-NAIBP分子马达在跳跃时间前,S轨迹的总局部能量H(rb)的波动很小。由于H13-C9 BCP的开壳作用,没有和其他的分子内闭壳BCP发生耦合作用,所以在跳跃时间之前,H-NAIBP分子马达中F轨迹和S轨迹没有明显的闭壳BCPs总局布能量H(rb)<0。图4-4(i),(j),是H-NAIBP分子马达中H13-C9 BCP随二面角θ的变化,在θ ≈ 20.0°时,没有数据点聚集,所以可以认为在θ ≈ 20.0°时,H-NAIBP分子马达正常工作,没有被分子内相互作用阻碍。本研究通过用总局部能量H(rb)分析分子马达中闭壳BCPs的分子内相互作用,提出一种调节光驱动马达和开关光化学行为的方法。而且,通过总局部能量H(rb)的结果,发现改变手性中心的原子(即F13,H13)会影响化学耦合的作用。六、总结与展望在本论文中,首先运用两种计算方法研究叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-的QTAIM和应力张量性质,这两种方法分别是DFT方法和赝势相对论方法(即SR-ZORA狄拉克等式)。通过比较两种计算方法得到的QTAIM和应力张量性质,发现SR-ZORA狄拉克等式比DFT方法更适合研究叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-。因为运用了 SR-ZORA狄拉克等式计算方法,它能够修正叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-中重金属原子中相对论的影响,而且叁明治结构[Sb3Au3Sb3]3-中BCPs的QTAIM和应力张量性质不会出现异常,拓扑结构也会更加稳定。然后,用QTAIM和应力张量理论研究光驱动分子马达的F轨迹和S轨迹中转轴C1-C2 BCP的性质,发现这两种轨迹的激发态S1寿命不同的原因:慢轨迹S在FC点附近,超过400fs才发生扭转;快速轨迹F的激发态S1会快速下降到势能面(PES)。而且,在研究应力张量响应角βσ随二面角θ的变化时,转轴C1-C2 BCP的扭转变化类似于阻尼振子通过共振时的介电常数的变化形式,它的阻尼是由于分子内闭壳BCPs的作用阻碍F-NAIBP分子马达扭转所产生。最后,继续用总局部能量H(rb)深入地研究分子内闭壳BCPs的分子内相互作用。用总局部能量H(rb)研究F-NAIBP分子马达,发现F13--C9 BCP有不同寻常的化学现象,F13--C9 BCP在闭壳BCP和开壳BCP之间互相转换,闭壳BCP比开壳BCP的总局部能量H(rb)值更低,而且和F轨迹相比,S轨迹中的闭壳BCP和开壳BCP之间互相转换更加频繁。这是因为在前400fs,S轨迹中的分子内F13--H36 BCP和F13--C9 BCP发生化学耦合作用,而F轨迹中只有在前150 fs F13--H36 BCP和F13--C9 BCP发生了化学耦合作用。所以,在这段时间内FC点附近,分子马达被阻碍,没有进行工作。用总局部能量H(rb)分析H-NAIBP分子马达中闭壳BCPs的分子内相互作用,闭壳BCP和开壳BCP之间互相转换的特殊化学性质没有被观察到。而且,H-NAIBP分子马达中没有明显闭壳BCPs的总局部能量H(rb)<0,说明它们之间没有发生化学耦合作用。所以,通过总局部能量H(rb)分析的结果,发现改变手性中心的原子(即F13,H13)会影响化学耦合,化学耦合作用又会阻碍分子马达工作。与此同时,还发现了可以通过增加或者减少BCPs的化学方法来调节光驱动分子马达的开关。在接下来的工作中,运用SR-ZORA方法研究其他含有重金属的分子。其次,继续研究当总局部能量H(rb)<0时,分子马达的相互作用力会有多强?当分子马达的底物在溶剂中溶解时,溶剂是否会对造成检测的分子马达相互作用力产生影响?溶剂产生的影响是会加强还是削弱分子马达的相互作用?(本文来源于《湖南师范大学》期刊2018-06-01）
吴华,白春林,房栋梁,张焕乔,张锡珍[2]（2017）在《Skyrme张量相互作用对可能的等待点原子核β衰变半衰期的影响（英文）》一文中研究指出使用基于Skyrme相互作用的HFB+QRPA模型研究N～82和126的同中子异位素链的β-衰变的半衰期。在计算中所使用的张量相互作用和同位旋标量(IS)对相互作用都是很好地被约束了的。比较了张量相互作用和IS对相互作用对半衰期的影响。IS对相互作用的强度与相应的同位旋矢量(IV)对相互作用的强度相当时,对N～82和126的同中子异位素链中有大的中子过剩的原子核的半衰期影响很微弱。而张量相互作用采用最近约束的强度时对半衰期的影响非常显着。(本文来源于《原子核物理评论》期刊2017年03期）
宋本腾,褚月英,王吉清,郑安民,邓风[3]（2016）在《分子间相互作用对核酸碱基中~(17)O屏蔽张量与四极耦合常数影响的理论计算研究》一文中研究指出通过高精度量子化学理论计算的方法研究了分子间弱的非键相互作用对胸腺嘧啶、尿嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤四种核酸碱基中~(17)O核的屏蔽张量(σO)和四极耦合常数(QCC)的影响.计算结果表明分子间强的氢键作用以及弱的范德华(vd W)相互作用都对~(17)O核的化学位移(δO)具有较大的影响.随着分子间氢键作用的逐渐增强,δO逐渐减小,当采用包含所有弱相互作用的周期性模型进行计算时,理论结果与实验值吻合.进一步的电荷分析显示,~(17)O核化学位移的减小主要是由于分子间氢键作用强度增加导致~(17)O原子的负电荷密度逐渐增加.此外,计算结果表明碱基中分子间氢键网络和弱的范德华作用对碱基~(17)O QCC也具有显着的影响.周期性模型下,碱基上氧原子的局域结构环境得到平衡,~(17)O QCC达到最小值,与实验结果最为接近.以核酸碱基为例,说明了分子间的氢键网络以及分子间弱的相互作用对于准确计算生物样品的核磁共振(NMR)参数非常重要,以小的团簇模型来计算生物体系的核磁参数将会产生较大的偏差.(本文来源于《波谱学杂志》期刊2016年03期）
江丽娟[4]（2015）在《协变能量密度泛函中的原子核张量相互作用》一文中研究指出本论文的主要工作是在含交换项的协变能量密度泛函理论即相对论Hartree-Fock (RHF)理论基础上,首次给出了原子核张量力的相对论协变表述,并基于所发展的张量力相对论协变公式,研究了影响原子核基态和核物质系统性质的自洽张量效应。研究发现,核力的重要成分—张量力随着交换(Fock)项的引入自动包含在RHF能量密度泛函中,在不引入任何新的自由可调参数的情况下,所发展的原子核张量力的相对论协变公式不仅能够将各介子-核子耦合道交换项自然引入的张量力成分完整地提取出来,而且在非相对论极限下严格满足张量力的求和规则。同时基于RHF理论的研究发现,同位旋标量耦合交换项给出了比同位旋矢量耦合交换项更强的张量效应。因此,结合理论的相对论协变性,有望在含交换项的协变密度泛函理论—RHF理论的框架下实现对核力的重要成分—张量力和自旋-轨道耦合的统一自洽描述。利用所发展的张量力相对论协变公式,在原子核基态性质的研究中发现,张量力对传统幻数结构的同位旋演化的影响表现出了其特有的自旋相关性。即在自旋饱和处,张量力的贡献最小；而随着自旋非饱和度的增加,张量力效应逐步增强。结合有限原子核自旋-轨道劈裂的实验数据,理论计算表明交换项中自动包含的张量力有助于理论值更接近于实验数据。此外,通过将所发展的张量力相对论协变公式作非相对论约化,提取得到的张量耦合强度参数口和β可与非相对论的Skyrme Hartree-Fock (SHF)泛函中所引入的张量力成分直接比较。通过分析两种模型(含交换项的协变密度泛函和Skyrme+Tensor泛函)的张量耦合强度,并结合两者在原子核基态、激发态与衰变模式等应用研究中所取得的共同成功,进一步证明了所发展的张量力相对论协变公式在后续相关应用研究中的可靠性。对于核物质系统,论文通过对比分别基于完整的能量密度泛函和扣除交换项所引入的自洽张量力成分的能量密度泛函的两种自洽计算,来研究影响核物质性质的自洽张量效应。研究结果表明,在扣除自洽张量力成分的贡献后,核物质系统的饱和机制与粗块性质均受到较为显着的影响。在核物质中,张量力对能量密度泛函的贡献与核子携带的动量p密切相关,随着重子密度的增加,张量效应逐渐显着。系统研究分析发现,交换项所自然引入的张量力成分在一定程度上软化了核物质的状态方程和对称能的密度依赖行为。相应地,与基于扣除自洽张量力成分贡献的能量密度泛函计算相比,基于含张量力成分的完整能量密度泛函的计算给出了更为致密的中子星,同时也抬升了直接Urca过程发生的临界密度。(本文来源于《兰州大学》期刊2015-06-01）
郭晨雷,谷畑勇夫,Hoo,Jin,Ong,寺嶋峙,张高龙[5]（2014）在《利用高动量转移(p,d)反应揭示原子核中的张量相互作用》一文中研究指出张量力在介子的交换作用中发挥了重要作用,在核力中提供了最重要的吸引作用,其重要性已经在对氘核及α粒子结合能的解释中得到了验证[1]。为了研究原子核内高动量成分中可能的张量相互作用的效应,基于大阪大学RCNP的"大雷电(Grand Raiden)"高分辨率磁谱仪,我们在已完成的能量为198 Me V,295 Me V和392 Me V的质子束流实验[2]基础上,进行零度角及小角度的高动量(本文来源于《第十五届全国核结构大会论文摘要集》期刊2014-10-25）
邹巍,Gianluca,Colò,马中玉,Hiroyuki,Sagawa,Pier,Francesco,Bortignon[6]（2007）在《张量相互作用对自旋-轨道劈裂的影响》一文中研究指出Skyrme参数集已被广泛应用于原子核结构的计算中,但并未考虑张量效应。直到最近,人们开始关注张量项对原子核壳层结构演化的贡献。为了从整体上理解张量相互作用对单粒子态的影(本文来源于《中国原子能科学研究院年报》期刊2007年00期）
周书华,周静,孟秋英[7]（2005）在《自旋相关的Λ超子与核子间张量相互作用的首次观测》一文中研究指出超核γ谱学国际合作组在用超球γ谱仪(Hyperball)进行的1Λ6O的γ射线谱学测量中,观察到由1Λ6O的6.6MeV12-激发态跃迁到基态自旋翻转二重态(11-和0-)之间的两条γ射线.由这两条γ射线的能量差得到基态二重态之间的能量间隔为26.4±1.6(统计误差)±0.5(系统误差)keV,并由此推导出ΛN之间的张量相互作用强度T=0.03MeV.实验还测定了Λ16O的12-激发态的激发能为6561.7±1.1(统计误差)±1.7(系统误差)keV.(本文来源于《物理》期刊2005年09期）
周书华,周静,孟秋英,S,Ajimura[8]（2005）在《ΛN张量相互作用的首次观测》一文中研究指出在用HYPERBALL进行的16ΛO的γ射线谱学测量中,观察到由16ΛO的6.6MeV1-2激发态跃迁到基态自旋翻转二重态(1-1和0-)之间的两条γ射线.由这两条γ射线的能量差得到基态二重态之间的能量间隔为26.4±1.6(stat)±0.5(syst)keV,并由此推导出ΛN之间的张量相互作用强度T=0.03MeV.实验还测定了16ΛO的1-2激发态的激发能为6561.7±1.1(stat)±1.7(syst)keV.(本文来源于《高能物理与核物理》期刊2005年07期）
雷艳[9]（2005）在《手征SU（3）夸克模型下张量力对Y-N相互作用及轻超核结合能的影响》一文中研究指出一般采用唯象的方法来研究YN 相互作用,但是可调参数较多。其结果也通常只能适用于某些特定超核,而不能适用于所有的超核。寻找一种具有普适性的模型一直以来都是超核理论研究的目标之一。粒子物理发展到现在,对超核的研究已经从重子层次深入到更为基本的夸克层次。近几十年的研究结果表明介子在原子核现象中起着重要的作用。1992 年,Fernandez 等根据σ模型的线性关系导出了夸克-手征场的相互作用。为了研究Y-N 相互作用,张宗烨等进一步把这模型扩充到SU(3)夸克模型,在理论上达到了一个新的高度。在手征SU(3)夸克模型下,本文在夸克-夸克相互作用中,分别加入了单胶子交换势中的张量力部分(简称单胶子张量力),和手征夸克耦合相互作用中的张量力部分(简称手征张量力)。本文研究了加入张量力对Λp散射截面的影响,计算了非定域ΛN相互作用位,并用其计算了一些轻超核的结合能,还分别研究了手征张量力,单胶子张量力对轻超核结合能的影响。结果显示,加入张量力对Λp散射截面的影响很小;加入张量力后的ΛN非定域势与只考虑中心力的ΛN非定域势相比在中长程发生了比较大的变化,这个变化导致计算得出轻超核的结合能有了较大的改变。并且由于手征张量力主要表现为排斥势因此导致轻超核结合能变小:而单胶子张量力主要表现为吸引势,则导致轻超核的结合能变大。而且从计算的结果与势的图形来看,在张量力的贡献中,手征张量力比单胶子张量力的贡献大。在张量力对轻超核结合的影响中,对轻超核结合能起主要影响的是手征张量力。所以加入所有张量力时,轻超核的结合能均比只考虑中心力时的结合能小。总而言之,把手征SU(3)夸克模型应用到轻超核研究中,无论对超核物理研究的发展还是对模型本身的进一步完善都有积极的意义。(本文来源于《广西师范大学》期刊2005-04-01）
茅广军[10]（2003）在《张量相互作用对核子和反核子束缚态的效应》一文中研究指出由于量子真空对密度的贡献,在有限核的相对论Hartree模型中核子有效质量为0.8M_N左右,导致自旋轨道力仅是实验值的叁分之一,本文通过引入矢量介子的张量耦合项,使自旋轨道力增加了一倍,同时保持有效质量不变,相应的核子能谱与实验值的符合得到明显改进,而预言的真空反核子位阱深度增大了20—30MeV。(本文来源于《高能物理与核物理》期刊2003年08期）
张量相互作用论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
使用基于Skyrme相互作用的HFB+QRPA模型研究N～82和126的同中子异位素链的β-衰变的半衰期。在计算中所使用的张量相互作用和同位旋标量(IS)对相互作用都是很好地被约束了的。比较了张量相互作用和IS对相互作用对半衰期的影响。IS对相互作用的强度与相应的同位旋矢量(IV)对相互作用的强度相当时,对N～82和126的同中子异位素链中有大的中子过剩的原子核的半衰期影响很微弱。而张量相互作用采用最近约束的强度时对半衰期的影响非常显着。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
张量相互作用论文参考文献
[1].王玲玲.利用“分子中原子”和“应力张量”理论研究分子内相互作用和金属叁明治结构[Sb_3Au_3Sb_3]~(3-)[D].湖南师范大学.2018
[2].吴华,白春林,房栋梁,张焕乔,张锡珍.Skyrme张量相互作用对可能的等待点原子核β衰变半衰期的影响（英文）[J].原子核物理评论.2017
[3].宋本腾,褚月英,王吉清,郑安民,邓风.分子间相互作用对核酸碱基中~(17)O屏蔽张量与四极耦合常数影响的理论计算研究[J].波谱学杂志.2016
[4].江丽娟.协变能量密度泛函中的原子核张量相互作用[D].兰州大学.2015
[5].郭晨雷,谷畑勇夫,Hoo,Jin,Ong,寺嶋峙,张高龙.利用高动量转移(p,d)反应揭示原子核中的张量相互作用[C].第十五届全国核结构大会论文摘要集.2014
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[10].茅广军.张量相互作用对核子和反核子束缚态的效应[J].高能物理与核物理.2003
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