作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 24Mg2的高位纯振动态和下面的X1Σ+g(地)势的波函数
最后一次实验观察到的v″ = 13水平用蓝色标记，预测的v″ = 14至18水平用绿色标记，在本研究中获得的从头计算X1σ+g(接地)PEC用黑色长虚线标记
插图是一个Birge-Sponer图，比较了无旋转G(v″ + 1)G(v ″)的能量差作为v ″+的函数，在本工作(黑色圆圈)中获得的能量差与基于先前工作(v″ = 0至12)和(v″ = 13)中报告的数据的实验导出的能量差(红色开放正方形)
红色实线是实验点的线性拟合
学分:科学进步，doi: 10
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aay4058 镁二聚体(Mg2)的高振动态是基础物理研究中的一个重要系统，尽管半个世纪以来它们一直没有得到实验表征
实验物理学家迄今为止已经解析了Mg2的前14个振动态，尽管有报道称基态可能支持另外五个能级
在一份新的报告中，斯蒂芬
尤沃诺和密歇根州立大学物理系和化学系的一个研究小组
S
给出了Mg2基态和激发态的高精度初始势能曲线
他们将实验研究集中在最先进的耦合团簇计算和Mg2二聚体的全构型相互作用计算上
基态电势证实了19种振动状态的存在，在以前计算的振动值和实验得到的数据之间有最小的偏差
这些计算结果现在发表在《科学进展》杂志上，为实验检测以前未解决的振动能级提供了指导
背景 弱结合碱土(AE2)二聚体可以作为基础物理现象的探针，例如超冷碰撞、掺杂的氦纳米微滴、二元反应甚至光学晶格时钟和量子引力
镁二聚体对于这种应用是重要的，因为它具有几个理想的特性，包括无毒和在最丰富的24Mg同位素中没有超精细结构，这通常有助于二元碰撞和其他量子现象的分析
然而，Mg2作为更重的AE2物种的原型的状态是复杂的，因为科学家们还不能通过实验来表征其高振动能级和基态势能曲线(PEC)
实验检测的困难来自几个因素，包括小的能隙、高振动之间的旋转效应和光谱中不利的信噪比
1970年，物理学家鲍尔弗和道格拉斯首次获得了Mg2的高分辨率光吸收光谱，并证明了v">12的额外振动态(v)的存在
1973年，一个研究小组确定了v″ = 13能级和支持19种振动状态的势能曲线——但40年后的2013年，实验物理学家仍然无法确定跃迁
仅靠实验工作是不够的，科学家们需要精确的理论计算来指导对基态等离子体化学发光和Mg2的振动态的进一步分析
但是只有少数理论研究能够确定镁二聚体的振动流形
为了探测处于基态的镁二聚体的振动流形，科学家们还必须实验性地涉及激发态电子态
泵的示意图，x1σ+g(v ″= 5，J ″= 10)→a1σ+u(v′= 3，J′= 11)(从地到激发振动能级跃迁)和荧光，a1σ+u(v′= 3，J′= 11)→x1σ+g(v ″, J ″= 10，12)(从激发能级到地能级跃迁)，这些过程产生24Mg2的LIF光谱
本文计算了x1σ+g和a1σ+u PECs以及相应的x1σ+g(v ″= 5，J″ = 10)和a1σ+u(v′= 3，J′= 11)随机波函数
平移A1σ+u PEC以匹配实验确定的绝热电子激发能量Te 26，068
9cm-1
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aay4058 实验 在目前的工作中，Yuwono等人
提供了Mg2的基态PEC(势能曲线)和振动态的可靠计算，这是几十年来使用量子力学的实验学家所没有的
在激发态的计算协议中，他们采用了运动方程耦合群方法
由于以前没有计算过除24Mg2以外的Mg2物种的振动水平，Yuwono等人
通过加入镁等拓扑化合物来加强实验
例如，对于镁二聚体的两个电子势，他们检查了最丰富的24Mg2，其次是较重的等拓扑结构–24mg 25mg；24Mg26Mg25Mg25Mg26Mg和26Mg2
研究小组开始讨论结果，用PEC值和振动项来表征镁二聚体的基态和激发态
他们把基态的振动量子数和转动量子数(分别为v和J)和激发态的振动量子数和转动量子数指定为质数
然后，他们将以前的报告与目前的计算进行了比较，并提出了检测镁二聚体难以捉摸的13个基态振动能级(v″ > 13)的潜在途径
科学家们计算了24Mg2的高精度离解能(De)和平衡键长(re)值以及相关的等拓扑关系——与现有数据非常一致
该团队通过将随机项与先前研究中计算的实验对应项进行比较，进一步了解了基态等离子体化学元素初始计算的质量
24Mg2的a1σ+u(v′= 3，J′= 11)→x1σ+g(v″，J″ = 10，12) LIF谱
(A)实验a1σ+u(v′= 3，J′= 11)→x1σ+g(v″，J″ = 10，12)荧光级数的比较[黑色实线；经AIP出版公司许可改编]及其在本作品中获得的首字母对应词(红色虚线)
理论谱线强度被归一化，使得对应于v”= 5 P12谱线的计算光谱和实验光谱中最高的峰匹配
(二)放大(一)中所示的LIF光谱的低能区，红色实线代表计算的跃迁
源自v″ = 13标记的蓝色箭头表示实验观察到的v″ = 13 P12/R10双合物的位置
源自v″ = 14和15标记的蓝色箭头指向对应的P12/R10双体的最可能位置
涉及v″ = 16和17的光谱线隐藏在噪声中
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aay4058 Yuwono等人
使用激光诱导荧光(LIF)光谱外推基态势能曲线，计算作为荧光频率的感兴趣的随机跃迁
基态中较高质量的计算出的v”(振动)和J”(旋转)值和间距使他们能够探测到先前未被实验探测到的v″> 13能级的存在
这项工作进一步表明，只有当分子旋转不太快时，才能用激光诱导荧光光谱法检测Mg2的高振动状态
理论vs
实验和基于理论的实验途径 预测的初始电子结构和随机计算的最有说服力的证据来自于基于LIF谱的从激发态到基态的实验跃迁的近乎完美的再现
基于理论和实验LIF光谱之间的一致性，科学家们预测涉及难以捉摸的v" >13态的跃迁频率是准确的，为未来充分的实验探测提供了指导
他们放大了激光诱导荧光光谱的区域以克服信噪比，并掌握了从激发态到基态的转变
然而，密集的间隔和重叠的线使得在v”= 14时振动状态的实验识别非常困难
为了在未来探测难以捉摸的v”= 14到18的振动能级，Yuwono等人
采用理论启发的实验方法，并在Mg二聚体24Mg2的最丰富的同拓扑中检测了感兴趣区域内的振动跃迁
在镁二聚体的全价CI/A(Q+d)Z计算中获得的x1σ+g-a1σ+u电子跃迁偶极矩2(xa(r)作为核间分离r的函数
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aay4058 就这样，斯蒂芬H
Yuwono和他的同事使用最先进的从头量子力学方法来解决一个半个世纪的难题，以检测镁二聚体难以捉摸的振动状态
该元素在基础物理应用中具有重要作用
该小组提供了24Mg2的高度精确的基态等离子体发射截面和振动值及其不太丰富的等地形记录
随着旋转量子数的增加，实验中研究的难以捉摸的v"> 13振动状态变得不受约束，这导致了实验检测中的困难，促使他们实施克服这些挑战的方法
这项工作提供了一个路线图，通过实验来确定涉及v"> 13级的区域过渡
Yuwono等人
预计这项研究将为具有挑战性的Mg2物种及其更重类似物的新光谱研究提供燃料，这些物质有助于化学、原子、分子和光学物理交叉领域的重要现象
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