单卤化硅SiX(X=F, Cl, Br, I, At)分子激发态电子结构和光谱性质的理论研究

The electronic structures and spectroscopic properties of the silicon monohalide molecules exhibit the significant value in the research of astrophysics and plasma physics application. Due to the complex structures of excited states for the silicon monohalide molecules, the spectroscopic data derived from the experimental means is still incomplete. On the other hand, the theoretical studies report the spectroscopic data with low precision and lack the systematic analysis of interactions among excited states. In our research project, the high-level multi-reference configuration interaction (MRCI) method will be applied to study the electronic structures and spectroscopic properties of the excited states for the silicon monohalide SiX(X=F, Cl, Br, I, At) molecules. The main research contents include: By simplifing the structure of the spin-orbit Hamilton matrix, analyze the influence of the spin-orbit coupling effect on the spectroscopic properties; Introducing the dipole transition matrix element and spin-orbit matrix element, explore the relationship of the interactions among excited states with the perturbation and predissociation, and illuminate the physical mechanism of the spectroscopic properties influenced by the state-state coupling; Seeking the relationship between the spectroscopic properties and atomic structures of halogen, acquire the halogen dependence of the spectroscopic properties for the silicon monohalide molecules. The results of the project could greatly enrich the data of the electronic structures and spectrum for the silicon monohalide molecules, and provide the important theoretical foundation for the research of astrophysics and plasma physics application.

单卤化硅分子的电子结构和光谱性质在天体物理以及等离子体物理应用研究中具有非常重要的价值。由于单卤化硅分子复杂的激发态结构，目前通过实验手段获取的光谱数据仍不完备；理论研究报道的光谱数据精度较低，并且缺少对激发态相互作用的系统分析。本项目采用高精度的多参考组态相互作用MRCI方法研究单卤化硅SiX(X=F, Cl, Br, I, At)分子激发态的电子结构和光谱性质。主要研究内容包括：简化自旋-轨道Hamilton矩阵的结构，分析自旋-轨道耦合效应对光谱性质的影响；引入偶极跃迁矩阵元和自旋-轨道矩阵元，探究激发态相互作用与电子态扰动和预解离的关系，阐明态-态耦合影响光谱性质的物理机制；寻求光谱性质与卤素原子结构的关系，得出单卤化硅分子光谱性质的递变规律。本项目的研究成果能够极大地丰富单卤化硅分子电子结构和光谱的数据信息，同时可以为天体物理和等离子体物理应用方面的研究提供重要的理论依据。

在项目运行期间，我们将根据课题研究调整为对包含重元素砷和锑的单卤化物电子结构和光谱性质的研究。与原课题相比，新的研究课题更有特色和代表性，尤其自旋-轨道耦合效应对其光谱结构具有更重要的影响。单卤化锑和单卤化砷分子由于能量最低的三个电子态都为强束缚电子态而在储能应用方面具有重要的价值，并有可能替代O2成为该化学激光系统的工作介质，另外，这些分子也是卤素分子X2蚀刻InSb半导体过程中产生的重要中间产物，理解和掌握单卤化锑和单卤化砷分子的电子态结构对于探究其反应机理具有重要的价值。但是目前分子光谱研究给出这类分子的光谱数据并不完备。本项目采用应用量子力学的从头计算方法研究了包含重元素砷和锑的单卤化物的电子结构和光谱性质，分析了核价关联效应，标量相对论性效应，Davidson效应，特别是自旋-轨道耦合效应对基态和激发态的结构和辐射跃迁性质的影响，从而在理论上给出这类分子的可靠的光谱数据 ，并对分子激发态的跃迁性质进行了系统的分析。通过项目的研究能够加强这些分子在储能应用方面的和相对论性效应的理解。