版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、 . . . 工业大学本科毕业设计(论文)稳态自由基三重态对的电子自旋极化理论研究23 / 24毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得与其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了意。作 者 签 名:日 期:指导教师签名: 日期:使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提
2、交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部容。作者签名: 日 期:工业大学本科毕业设计(论文)任务书课题名称 稳态自由基三重态对的电子自旋极化理论研究学 院专业班级姓 名学 号毕业设计(论文)的主要容与要求:主要容:本文基于自旋角动量,利用密度矩阵和二阶微扰理论对稳态自由基与三重态分子体系,在不同初始布居情况下产生自由基自旋极化强度进行理论计算。要求:1.具有查阅相关文献的能力; 2.学会CIDEP的相关知识; 3.了解激
3、光诱导电子自旋的应用背景。指导教师签字:目 录稳态自由基三重态对的电子自旋极化理论研究摘 要2ABSTRACT3第一章 绪 论71.1 引言71.2 白光LED的研究现状81.2.1白光LED的发展21.2.2LED的基本参数101.2.3单晶荧光材料相对于荧光粉的优势141.3 Ce:YAG晶体的研究现状181.3.1 Ce:YAG晶体的结构和性能181.3.2 Ce:YAG晶体的发展概况201.4 本论文的研究目的、容与意义201.4.1 研究的目的与意义201.4.2研究容21第二章 实验方法与测试表征手段222.1.1 提拉法晶体的生长装置222.1.2 晶体生长原料的准备232.1.
4、3 提拉法晶体的生长工艺252.2 晶体样品的制备262.2.1XRD测试用样品262.2.2 光谱性能测试用样品262.2.3 白光LED光色参数测试用样品262.3 测试分析方法272.3.1 X射线衍射212.3.2 晶体的吸收光谱212.3.3 晶体的荧光光谱222.3.4 白光LED光色电参数的测试22第三章 Ce:YAG晶体光学性能的研究303.1 Ce:YAG晶体的XRD图谱303.2 Ce:YAG晶体的吸收光谱303.3 Ce:YAG晶体的荧光光谱303.4 Ce:YAG晶片结构白光LED的光色电性能32第四章 结论35参考文献36摘 要本论文在简要论述自旋极化基本理论的基础上
5、,理论计算了自由基与三重态相互作用引起的自旋极化强度。论文第一章对电子自旋共振(ESR)的基本原理和化学诱导动态电子自旋极化(CIDEP)研究的进展以与产生CIDEP的四种机理:三重态机理(TM)、自由基对机理(RPM)、自旋相关自由基对机理(SC-RPM)、自由基-三重态对机理(RTPM)分别作了简单的阐述。简单了解密度矩阵的基本知识和应用背景与激光诱导电子自旋的背景介绍。二重态自由基与三重态相互作用引起的自旋极化是近几年发展起来的一种新极化机理,本文第二章用密度矩阵方法和二阶微扰理论对该机理的极化强度进行了理论计算。计算表明,在自由基-三重态对体系中,不同的初始布居,产生不同花样的极化。若
6、体系的四重态先布居,则产生净发射(E)的自由基自旋极化(),相应的产生机理记为QP-RTPM。若体系的二重自旋态优先布居,产生的自由基自旋极化()为净吸收(A),相应的产生机理记为DP-RTPM。关键词:电子自旋共振(ESR) 化学诱导动态电子自旋极化(CIDEP)三重态机理(TM)自由基对机理(RPM)自旋相关自由基对机理(SC-RPM)自由基-三重态对机理(RTPM)密度矩阵Abstract: In this paper, based on the brief discussion about the elementary theory of the spin polarization,
7、the electron spin polarization due to RTPM was theoretically calculated in detail.In the first chapter of the paper, the elementary principle of the electron spin resonance (ESR), the progress of the study about the chemically induced dynamic electron polarization (CIDEP) and four mechanisms of the
8、CIDEP were described in brief, respectively. The four mechanisms were the triplet mechanism (TM), the radical pair mechanism (RPM), the spin correlative radical pair mechanism (SC-RPM) and the radical triplet pair mechanism (RTPM). Simple understandthe density matrix of the basic knowledge and appli
9、cation of the background and laser-induced electron spin Background.The mechanism generated the electron spin polarization due to the interaction between excited-state molecules and stable free radical was developed in recent years. In the second chapter, using the second order perturbation theory a
10、nd the density matrix method, the CIDEP of the radical-triplet pair system was calculated in detail. The result indicated that different original population produced different electron spin polarization in the system. If the quarter spin state of the system was firstly populated, the net emissive sp
11、in polarization () was generated. The mechanism was known as the quarter precursor RTPM(QP-RTPM).On the other hand, if the doublet spin state of the system firstly possessed some enhanced population, the net absorptive spin polarization () was generated, the relevant mechanism is so-called the doubl
12、et precursor RTPM(DP-RTPM).KEY WORDS:electron spin resonance (ESR); chemically induced dynamic electron polarization (CIDEP) ; triplet mechanism (TM); radical pair mechanism (RPM); spin correlative radical pair mechanism (SC-RPM) ;radical triplet pair mechanism (RTPM); density matrix通过激发三重态分子与稳态自由基相
13、互作用,使自由基产生化学诱导动态动态电子极化(CIDEP)的机理,被称为自由基三重态对机理(RTPM)。近几年来,对此机理进行了广泛的研究,将RTPM解释为在自由基三重态对(3T2R)自旋态的势能面上磁相互作用。在RTPM中,随机碰撞的自由基三重态对表现为四重自旋态4(3T2R)和二重自旋态2(3T2R)。三重态的猝灭是通过自由基三重态对的二重自旋态而发生的。在三重态二重态相互作用过程中,由于三重态的零场分裂(zfs)和自由基的超精细作用(hfi),四重自旋态和二重自旋态相互混合,从而产生净极化信号。本文基于自旋角动量,利用密度矩阵和二阶微扰理论对稳态自由基与三重态分子体系,在不同初始布居情况
14、下产生自由基自旋极化强度进行理论计算。定义电子自旋极化强度P为在两个自旋态的粒子分布几率的差值与总粒子数的比值。即:Pi=(n-n)i/(n+n)i (1.1) 式中的各符号说明见第二章,理论表明42 ,自旋极化P与<SZ>成正比关系,P=2<SZ> =Tr<SRZ> (1.2) 此式表示极化强度由自旋角动量分量SZ的期望值给出,式中为体系的自旋密度矩阵。 1 三重态-二重态对的Hamiltonian和波函数 光敏分子经光激发,通过激发单重态对三重态的系间交叉,产生极化的三重态(3T)。当溶液中还存在稳态自由基(2R)分子时,光敏分子三重态与稳态自由基之间会
15、发生相互作用形成三重态-二重态(3T2R)对。对(3T2R)对的哈密顿(Hamiltonian)H表示为4.43: H=Hz+Hex+Hzfs+Hhfs (1.3) 其中,Hz为Zeeman分裂,Hex为电子自旋交换作用,Hzfs为三重态的零场分裂,Hhfs 为超精细结构相互作用。这些相互作用分别表示为: Hz=0(STz+SRz) Hex=-2J(r)STSR Hzfs=D(S2T-S2T/3)+E(S2T-S2T) Hhfs =IzSRz其中0=gBB0,g为朗德因子,B为波尔磁子,B0为外加磁场,(,)为分子轴的结构中的三个分量方向,J(r)=J0exp-(r-d),d为分子最近邻距离。
16、为了简化讨论,假定(3T2R)对相互作用是各向同性的,两粒子的g因子取一样的值(gT=gR=g=2),考虑到超精细分裂比零场分裂要小得多,因此在以后的讨论的过程中忽略了超精细作用项(即仅讨论自由基自旋的净极化,超精细相关的自旋极化在本文未讨论)。当r时,体系哈密顿H的本征态是无相互作用粒子的自旋态乘积。由量子力学可知,自由基和三重态各自的自旋波函数为:|1/2,±1/2>和|1,±1> |1,0>即体系哈密顿H的本征函数(无耦合波函数):|1> |±1/2> |0,±1/2> |-1,±1/2>在r与d
17、相互可以比拟(rd)时,三重态-二重态对之间相互作用增强,自旋哈密顿H的本征态为系统总自旋S(S=ST+SR)的本征态,即以自由基和三重态各自自旋态的耦合态。由于总自旋S=|ST+SR|,|ST+SR-1|.,则总自旋S=3/2,1/2分别对应四重自旋态(Q)、二重自旋态(D),其波函数分别可写为:|3/2,±3/2> |3/2,±1/2> |1/2,±1/2>将上述六个波函数展开为无耦合下波函数的线性组合,即|3/2,3/2>=|1,1>T|1/2,1/2>R|3/2,1/2>=(1/3)|1,1>T|1/2,-1
18、/2>R+(2/3)|1,0>T|1/2,1/2>R|3/2,-1/2>=(2/3)|1,0>T|1/2,-1/2>R+(1/3)|1,-1>T|1/2,1/2>R|3/2,-3/2>=|1,-1>T|1/2,-1/2>R|1/2,1/2>=(2/3)|1,1>T|1/2,-1/2>R-(1/3)|1,0>T|1/2,1/2>R|1/2,-1/2>=(1/3)|1,0>T|1/2,-1/2>R-(2/3)|1,-1>T|1/2,-1/2>R在不考虑零场分裂和超精细作用的
19、微扰时,无微扰的哈密顿H0为:H0=Hz+Hex=0(STz+SRz)-2J(r)STSR (1.4)则由体系本征态求得无微扰哈密顿H0的对应能量本征值E(|3/2,3/2>)=3/20-J(r)E(|3/2,1/2>)=1/20-J(r)E(|3/2,-1/2>)=-1/20-J(r)E(|3/2,-3/2>)=-3/20-J(r)E(|1/2,1/2>)=1/20+2J(r)E(|1/2,-1/2>)=-1/20+2J(r)|Q,-3/2>|Q,1/2>|Q,-1/2>|Q,3/2>3J|D,1/2>|D,-1/2>若
20、假定J>0则此系统的能级图表示为(如图1.1所示):图1.1(3T2R)体系因(Hz+Hex)引起的能级分裂简图(J>0),Q表示四重态,D表示二重态。由无微扰H0的能量本征值,可写出(3T2R)体系的六个含时波函数为:|1>=exp-i(1/20+2J)t|1/2,1/2>=exp-i(1/20+2J)t(2/3)|1,1>T|1/2,-1/2>R-(1/3)|1,0>T|1/2,1/2>R)|2>=exp-i(-1/20+2J)t|1/2,-1/2>=exp-i(-1/20+2J)t(1/3)|1,0>T|1/2,-1/2&
21、gt;R-(2/3)|1,-1>T|1/2,1/2>R)|3>=exp-i(3/20-J)t|3/2,3/2>=exp-i(3/20-J)t|1,1>T|1/2,1/2>R|4>=exp-i(1/20-J)t|3/2,1/2>=exp-i(1/20-J)t(1/3)|1,1>T|1/2,-1/2>R+(2/3)|1,0>T|1/2,1/2>R)|5>=exp-i(-1/20-J)t|3/2,-1/2>=exp-i(-1/20-J)t(2/3)|1,0>T|1/2,-1/2>R+(1/3)|1,-1&
22、gt;T|1/2,1/2>R)|6>=exp-i(-3/20-J)t|3/2,-3/2>=exp-i(-3/20-J)t|1,-1>T|1/2,-1/2>R2自由基电子自旋SRz的矩阵表示 利用第1节的6个含时基函数求得自由基电子自旋SRz对应矩阵元SRzij为:SRz11=<1|SRz|1>=-1/6SRz14=<1|SRz|4>=-2/3exp(i3Jt)SRz22=<2|SRz|2>=1/6SRz25=<2|SRz|5>=-2/3exp(i3Jt)SRz41=<4|SRz|1>=-2/3exp(-i
23、3Jt)SRz44=<4|SRz|4>=1/6SRz52=<5|SRz|2>=-2/3exp(-i3Jt)SRz55=<5|SRz|5>=-1/6SRz33=<3|SRz|3>=1/2SRz66=<6|SRz|6>=-1/2其它各项均为零,即SRz矩阵为:SRz= (1.5)其中,b=-2/3exp(i3Jt) 下面利用二阶微扰理论和密度矩阵来计算,在不同的初始布居下的电子自旋极化。3自由基电子自旋极化的理论计算3.1四重态先驱的RTPM(QP-PTPM)极化在三重态-二重态对体系中,三重态分子与自由基相互作用,若使得三重态-二重态对
24、有选择性地让四重自旋态先有布居,而二重自旋态没有布居。即假定在t=0时,二重态没有布居,四重态的支能级等量布居的。称这种RTPM产生的极化为四重态先驱RTPM(QP-PTPM)极化。此时三重态-二重态体系的初始自旋分布的密度矩阵(即零级近似密度矩阵) (1.6)忽略超精细作用,取三重态的零场分裂相互作用作为体系的微扰哈密顿Hi,即为:Hi=Hzfs=D(S2T-S2T/3) (1.7)其中假定三重态的零场分裂Hzfs的参数E=0。(1) 当 Z时,有(1.7)式可得 Hi=D(S2Tz-S2T/3) (1.8)利用第一节中波函数求得微扰哈密顿Hi的矩阵元:H25=H25=-2/3Dexp(-i
25、3Jt)H33=H66=1/3DH44=H55=-1/3DH14=H41=2/3Dexp(-i3Jt)其它各矩阵均为零(下同,计算得出的结果未列出均为零)。即三重态-二重态体系的微扰哈密顿矩阵Hi为:其中,A=2/3Dexp(i3Jt),B=D/3。根据密度矩阵运动方程=-iH,=-i(H-H), Z条件下的密度矩阵各矩阵元的微分形式ij为: 11 =-i(A41-A*14) 12 =-i(A*51+A24) 13 =-i(A43-B13) 14 =-i(A44-A11+B14) 15 =-i(A45+A12+B15) 16 =-i(A46-B16) 21 =-i(-A51-A*24) 22
26、=-i(-A52+A*25) 23 =-i(-A53-B23) 24 =-i(-A54-A21+B24) 25 =-i(-A55+A22+B25) 26 =-i(-A56-B26) 31 =-i(-A*34+B31) 32 =-i(A*35+B32) 33 =0 34=-i(-A31+2B34) 35 =-i(-A32+2B35) 36 =0 (1.9)41 =-i(A*11-B41-A*44) 42 =-i(A*12-B42+A*45) 43 =-i(A*13-2B43) 44 =-i(A*14-A41) 45 =-i(A*15+A42) 46 =-i(A*16-2B46) 51 =-i(-
27、A*21-B51-A*54) 52 =-i(-A*22-B52+A*55) 53 =-i(-A*23-2B53) 54 =-i(-A*24-A51) 55 =-i(-A*25-A52) 56 =-i(-A*26-2B56) 61=-i(B61-A*64) 62 =-i(A*65+B62)63 =0 64 =-i(-A61+2B64) 65 =-i(A62+2B65) 66 =0 将(1.6)初始条件作为零级近似,代入方程组(1.9)式,得14=-i(2/12)D exp(i3Jt)25=i(2/12)D exp(i3Jt)41=i(2/12)D exp(-i3Jt)52=-i(2/12)D e
28、xp(-i3Jt)将其积分加上零级近似的一级近似,即:(1)14=-2/36Dexp(i3Jt)-1 (1)25=2/36Dexp(i3Jt)-1(1)33=1/4 (1)44=1/4 (1)41=-2/36Dexp(-i3Jt)-1 (1)52=2/36Dexp(-i3Jt)-1 (1)55=1/4 (1)66=1/4其它各项均为零,即一级近似密度矩阵为矩阵中C=2D/(24J)exp(i3Jt)-1,C*为C的共轭复数。再将此一级近似结果代入方程组(1.9)式各项,得:将所得各项进行积分,再加上一级近似即得二级近似下密度矩阵元为:由上所得结果,再根据物理量期望值公式<SRz>=
29、tr(SRz),可计算在 Z情况下自由基电子自旋净极化量为:<SRz>=tr(SRz)=0即当 Z时,自由基电子自旋极化<SRz>=0。由此表明分子轴 Z轴时三重态-二重态对体系无自由基自旋极化产生。(2) 当 Z时,则由(1.7)式将微扰哈密顿Hi表示为:或 (1.10)由定义式44则有:和下面来求此条件下的矩阵元分别为 (1.11)将此相互作用矩阵Hi和初始条件(1.6)式(零级近似)代入密度矩阵运动方程,且积分得一级近似下密度矩阵元分别为:再将一级近似密度矩阵代入方程且积分得二级近似下密度矩阵元分别为:将上二次近似结果和矩阵SRz(式1.5)代入等式<SRz>=tr(SRz),则得 Z时自由基电子自旋净极化<SRz>为:整理得,<SRz>=tr(SRz)= 利用
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 汇川技术劳动合同
- 2024年度影视作品版权购买与授权合同
- 2024年度网络游戏开发与运营保密协议
- 2024年度个人隐私保护与许可合同
- 2024年度承包山地果品种植合同:水果种植与销售
- 2024年度技术许可合同:无人驾驶技术使用权转让协议
- 2024版加工合作协议与场地租赁
- 2024版比亚迪弗迪设备租赁合同:租赁物的维修与保养责任
- 2024版电子产品购销合同
- 2024年度金融服务合同(银企)
- 放射科仪器设备维护保养记录表DR
- 《运筹学》试卷及答案002
- 【2023年部编高教版】中职历史 基础模块 中国历史 第十二课 明朝的兴亡课件
- 传热学(山东建筑大学)智慧树知到课后章节答案2023年下山东建筑大学
- 渗透测试基础教程介绍课件
- 教师如何“说课”专题讲座PPT
- 家政服务基本安全知识
- 第六单元大单元教学设计统编版语文八年级上册
- 网络与信息安全-实验指导书(8次)
- 锯床日常点检表
- 全国质量奖现场汇报:营销过程
评论
0/150
提交评论