任意角度的强磁场对单电子分子体系的影响

Research on the behaviors of atoms and molecules in strong fields is very important to label the unidentified spectrum from the white dwarf stars(10^2-10^5T) and neutron stars(10^7-10^9T). And it becomes a hot research topic today. While most studies on the one-electron molucule systems are restricted in the case that some domain of the magnetic field strength and the field is parallel to the molecular axis. The aim of the project to employ a new method, which combines the spheroidal coordinate and B-spline. The method has the advantage of quick convergence and less computation quantity and can study the case in whole domain of the magnetic fields referred to these two stars. It is fit for researching the new features of the one-electron molecular systems in the parallel magnetic fields, such as new molecular configurations which don't exist in the zero-field case can be stable in the strong field. Except that, it is also fit for researching the new features in the strong field with arbitrary angle, such as under what conditions, the hydrogen molecular ion can exist stably. Our main work is to discuss that when there is an arbitrary angle between the magnetic field and the molecular axis, how the energies and equilibrium distances of the ground state and low-excited states change with the field and angle. And discuss under what conditions, one-electron molucular system can exist stably. The method can also be tried to research that influence of the cross electromagnetic field on the oscillator strength of the hydrogen atom and the energies and equilibrium distances of the hydrogen molecular ion.

)：强场中原子分子的研究对白矮星（10^2-10^5T）和中子星(10^7 -10^9T).的谱线标识有重要的作用，是当今原子分子领域理论研究的热点之一。但是目前大部分关于单电子分子体系的研究主要集中于某一场区且磁场方向与核连线平行的情况。本项目旨在采用椭球坐标与B样条相结合的新方法，利用其收敛快、计算量小的优点，不仅可以研究整个星体磁场范围内，平行磁场下单电子分子体系表现出的新特性，比如强场下会出现零场时所没有的新的分子结构等；还可以研究与核连线成任意角度的磁场下，单电子分子体系的新特性，比如氢分子离子什么情况下可以稳定存在的问题。我们的主要工作就是探讨磁场与核连线呈任意夹角时，单电子分子体系基态和低激发态的能级和核间距如何变化，在什么情况下单电子分子体系可以稳定存在等问题。作为该工作的延伸，此方法还可尝试研究交叉电磁场对氢原子振子强度以及氢分子离子能级和核间距的影响。

强场中的原子分子研究可以帮助标识白矮星、中子星的光谱，因而成为近年来的研究热点之一。然而，对于最基本的氢分子离子，目前能在磁场区域10^9G-4.414*10^13G范围内进行统一进行研究的方法较少。我们在该项目中发展了一种新方法—B样条和椭球坐标相结合的方法，可以很好地研究整个磁场区域内氢分子离子结构的变化及稳定性问题。.目前，我们已经将其成功应用于磁场方向与氢分子离子的两核连线方向平行的情况，分析了整个磁场范围内的磁场强度对氢分子离子基态和低激发态的能级、核间距、势能和电子云分布的影响。测试结果表明，该方法相对于单中心方法，在研究氢分子离子时有明显的优势。比如，单中心方法计算磁场B=4.414*10^(13)G时的基态能级和核间距，需要1个半小时的时间，而用当前的方法，只需要4分钟。且对于单中心方法不能给出有效结果的能态，当前的方法也可以给出高精度的结果。研究结果表明，随着磁场强度增大，氢分子离子的平衡核间距变小，能级值变大。这说明，随着磁场增大，氢分子离子的能态会越稳定。这也可以通过不同磁场下能态的势能曲线图看出，随着磁场增大，势阱越深。正因为此，在无场时不能稳定存在的非束缚态，在强磁场下能够稳定存在。电子云分布可以更加直观地看到电子的概率分布情况，且可以分析出束缚态和非束缚态的平衡核间距随磁场增大而变小的原因。对于束缚态，主要原因是两原子核之间的电子概率越来越大，这可以有效减小核之间的库仑排斥相互作用，因而核间距变小。而对于非束缚态，核间距变小主要是外加磁场的作用。且随着核间距变小，较远的原子核对电子的作用越来越明显，以至于电子云分布出现纺锤形等形状。.在该项目中，我们也将新方法成功地应用到磁场方向与氢分子离子两核的连线方向呈任意夹角时的情况。我们初步计算了夹角为15、30、45、60、75、90度时，磁场强度在10^9G-10^11G范围内，氢分子离子基态和第一激发态的能级和平衡核间距。结果表明，氢分子离子并不是在任何时候都可稳定存在，是和角度有关的。磁场越大，能稳定存在的夹角值越小。