高温极端条件下富勒烯分子的崩坍相变和稳定性实验研究

高温极端条件下有限系统（比如核、团簇、高分子）会发生崩坍相变，实验研究该崩坍相变是认识有限系统结构性质的重要途径。富勒烯分子的独特结构决定了它及其衍生物在多个领域具有广泛的应用前景，实验研究高温极端条件下富勒烯分子的崩坍相变和稳定性对拓展它在各应用领域的适用范围具有重要意义。本项目计划利用原子物理和核物理测量技术，基于波长连续可调谐（210-2300nm）的纳秒参量激光系统和光束整形设备，在可见和紫外激光波长的动态范围内，实验测量富勒烯分子在不同激光通量辐照下的平均碎片尺寸，研究高温极端条件下富勒烯分子的崩坍相变和临界现象；测量相变临界点附近的碎片尺寸分布，以及远离相变临界区域的碎片尺寸分布随内能的变化关系，结合有限系统崩坍相变的普遍规律，研究富勒烯分子以及部分幻数碎片的稳定性随内能(温度)的变化规律，并从中获得富勒烯分子发生完全碎裂的极限条件。

高温极端条件下有限系统（比如核、团簇、高分子）会发生碎裂相变，实验研究该碎裂相变是认识有限系统结构性质的重要途径。富勒烯分子的独特结构决定了它及其衍生物在多个领域具有广泛的应用前景，实验研究高温极端条件下富勒烯分子的碎裂相变和稳定性对拓展它在各应用领域的适用范围具有重要意义。依托本基金项目，对电阻加热式分子炉进行了优化改进，然后实现了高斯光束到均匀光束的整形。利用改进的实验装置，开展了纳秒激光诱导C60分子的碎裂相变研究工作。通过系统测量不同激光通量下离子碎片Cn+ (n≤58)的初始动量分布，并将核物理中常用的Golderhober Model 拓展应用到复杂分子的统计碎裂，首次从实验上确定了C60分子碎裂前的激发温度；通过分析C60分子的激发温度随激光通量的变化规律，直接证实了其碎裂过程为一阶相变过程。通过测量不同激光通量下轻离子碎片Cn+ (n≤19)的尺寸分布，研究了幻数碎片的稳定性对碎片产额分布遵循的普遍规律的影响；通过剔除幻数碎片分布的影响，测定了C60分子发生一阶相变时碎片尺寸分布遵循的power law分布幂指数值，该实验结果与Fisher Model 预言符合的很好。.依托本项目，推进了与法国里昂第一大学LASIM实验室的国际合作与交流，合作研究了6.8keV F2+离子诱导C60分子的碎裂行为。通过对散射离子的能量损失、出射电子个数以及离子碎片的符合测量，实现了母体离子碎裂前初始电荷态和激发能的同时测定；通过分析高电荷态富勒烯离子C604+的碎裂行为随其激发能的演化，得到了另一表征其碎裂过程为一阶相变的典型特征，即两相共存。