BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HÒ CHÍ MINH KHOA VAT LÝ < —x [TD => ĐẠHỌC mm Sp TP. HO CHi MINH KHOA LUAN TOT NGHIEP TAO RA TRANG THAI SUY BIEN Sinh viên thực hiện: Hỗ Quang Huy MSSV: 44.064 Người hướng dẫn: PGS. Hirobumi Mineo — Trường Dai học Văn Lang PGS. Phan Thị Ngoc Loan Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH, 04-2022 BO GIÁO DUC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHAM TP HO CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP TẠO RA TRẠNG THÁI SUY BIEN BANG HAI LASER KHÔNG CONG HUONG THEO CO CHE STARK DONG Sinh viên thực hiện: Hồ Quang Huy MSSY: 44.064 Người hướng dẫn: PGS.
Hirobumi Mineo Trường Đại học Văn Lang PGS. Phan Thi Ngoc Loan -Irường Đại học Sư phạm thành phô Hồ Chí Minh Người hướng dẫn Chủ tịch hội đồng (ký xác nhận và ghi rõ họ tên) (ký xác nhận và ghi rõ ho tên) Hirobumi Mineo — Phan Thị Ngọc Loan Hoang Do Ngọc Tram THANH PHO HO CHI MINH, THANG 4 NAM 2022 DANH MỤC TỪ VIET TAT viet tat | : | = | dynamic Stark induced số nguồn động góc) từ hiệu ứng Stark dynamic Stark induced- Trang thai điện tứ suy biên được 5 DSIDES : ¬"e R degenerate electronic state tạo ra do hiệu ứng Stark động dynamic Stark induced- Trang thai dao động suy bien được 6 DSIDVS ; : Paar F đegenerate vibronic state tạo ra do hiệu ứng Stark động Ld all insane hasta HR.L==== 10 | ĐH | displaced harmonic oscillator | Dao động tử điều hòa lệch 11 representation je] j Born-Oppenheimer Born-Oppenheimer DANH MỤC HÌNH ANH Hình 2. Trạng thái suy bién được tạo băng cách dùng hai laser phân cực tuyén tính kích thích cặp trạng thái dao động thấp nhất ở hai trạng thái điện tử. Sơ do năng lượng mô tả hai trường hợp của hiệu ứng Stark động.
Sơ đồ địch chuyển năng lượng khi hai trạng thải điện tử tương tác với laser tăng năng lượng a (4:<0) và laser giảm năng lượng b (4:>0). Sự hình thành của trạng thái dao động suy biến bằng hiệu ứng Stark động (DSIDVS). Hai laser cân bằng không cộng hưởng tương tác độc lập với các trạng thái dao động của hai trạng thái điện kích thích a và 0. DSIDVS được tạo ra từ hai trạng thai dao động có năng lượng thấp nhất trên a và B.
Laser a làm tăng năng lượng đối với trạng thái (a, v=0) (shift up), trong khi laser b giảm năng lượng trên trạng thai (, v=0) (shift down) DMD TH. na ca ao ga on ng na nh 14 Hình 2. Sự hình thành DVS khi dùng hai laser cân bằng không công hưởng làm tăng HỮNG [ƯỢỚH: --:c:-:iccccesoossiicciiocoiostioSEaiSS1055858585661687388585855655685655885588535855852685533582858685855885585585858 18 Hình 2. Ba đường thể đoạn nhiệt của một kiểu dao động đơn trong mô hình DHO tương RE .V0TIbB:IrQRE ANGIE, taauaanuiiiiiitiiiiiaiiiitiaititatitö811851185101461168106513851585308563165156516855588 20 Hình 2.
Laser tương tác với thể đoạn nhiệt của trạng thái kích thích a. Đường thể năng đoạn nhiệt của các trạng thai điện tứ: cơ ban — Q. kích thích Sa và Sa khi phân tứ tự do (đường liên nét). Và khi trong điện trường của hai laser (các đường HỖ) thannaniiaiiontiontititiisitiiti31116111811003133313688188538853965538ã935805858885586558593853583358851958488558858585 28 Hình 3.
Mat đó trạng thai của các trạng thai dao động trên trạng thai điện tit cơ ban-g, irmeHiiđifniHEKEGRiiichiSsvliSiBi csesecscscssasiscasscsessasscacsssssessasaseseasssatscsensacssatessviseasies 30 Hình 3. Moment động lượng kết hợp của x-electron thay đổi trong 100 ÿ. Moment động lượng kết hợp của x-electron thay đổi trong 300 jà. 33 DANH MỤC BANG BIÊU Bang 1.
Các thông số phân tử của toluene.-- 22-22 22ze+ccscec- 24 Bảng 2. Năng lượng của các trạng thái đao động bị dich chuyển đo hiệu ứng Stark ch n1 1x. TTT TTL BE 2.NEHPi0ñ0I00ã0/00H0aOe 27 Bảng 4. Các hệ số a; đóng góp trong các hệ số khai triển c¿(t) (2.10) có sự phụ thuộc vào các độ lệch vị trí cân bằng của các đường cong thé năng.
29 Những đại lượng vector được kí hiệu bang cách in đậm MỤC LỤC HÔI MT DAW sunneneneaoenaniinittioitriiittiittoiitditditbgl0i4l810581020IĐ28T140083004300033188308H I CHUONG 1, COSOUY THUVED icsisccisscssssssssassesssssiissasscassaasssnssscasncesscesseansssssaasszei 4 1.1 Hàm sóng dao động cia hệ phân tử trong khuôn khổ xap xỉ BO.2 Định luật Franck-Condon - Mô hình DHO. SG se Sviirserreseeeerrserr § CHUONG 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN .Seeeee 10 2 PGW NAPE CN tuniinoiiiniitiatiiiiiiiitiaiiioiitiiiitl0i831138101810331098335885358339883983388613853 10 BD, (D6NEISBIDESWIDWSsieoaoanneirnniioDiiinosinindaineidBoionei 12 2. Phương pháp tính toán trong HghiÊH CỨU.
Phương trình Schrödinger phụ thuộc thời gian của hệ phân tử trong hai laser RRO C000 BH anpsnpsesstiastiitiiiittriiirtitntititiittiititiititntit601010101110331061018151250569058898851 14 2. Moment động lượng kết hợp của #-clcctron. Thế đoạn nhiệt trong hai laser không cộng hưởng tăng nang lượng. KẾT QUA TÍNH TOÁN.1 Các thông số phân tử của toÏuene.2 Kế qua tao DSI bang cách sử dung hai laser tang năng lượng không cộng hưởng DAG CHC (HWEHIHNItiiiiiiiiiatiiaiitsiiisitis3ttas13051136515811555165508ã585381333513658565888518855883584853888136551858 24 3.
Thế năng đoạn nhiệt trong hai laser tang năng lượng không cộng hưởng .4 Ket qua tính toán mat độ trạng thái và moment động lượng két hợp của x- electron.29 SA, | MBC DG trọng Al ois casissiscssssssssoascossssassoavaosssossvasssenasvoavaosssoesioavsassseoasooatenes 29 3. Moment động lượng kết hợp của R-electrOn.ccccccssesssessessesseesseesseesreseveene 32 KÉT LUẬN.- --- ¿S211 TH HH TT TT HH Hà TH HH Tà Hà n1 1x xe 34 PHY LUC A. PHƯƠNG PHÁP BIEN DOI LAPLACE DE GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN. sess sssscsssesssessssssessvessissiessnetsneesivssivisicssesaeeseeesenseee 35 PHỤ LỤC B.
PHƯƠNG PHÁP NEWTON-RAPHASON GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH TAN SO RABI VA DIEU KIỆN ĐSIDVS. 2 2220250 Cu H212 cu 39 PHU LUC C. THE NANG DOAN NHIET TRONG DIEN TRUONG CUA HAI LASER KHONG CONG HUONG TANG NANG LU ONG 2.ccssscsssscsssseessseesseees 40 TAT LIEU THAM KHAO. 44 LỜI MỞ DAU Laser đầu tiên ra đời vào nam 1960 [1].
ké từ đó lĩnh vực khoa học và công nghệ liên quan đến laser bắt đầu phát triển. Ngày nay, laser được xem như một công cụ đắc lực dé nghiên cứu các tinh chất động lực học của nguyên tử và các hệ phân tử [2-15]. cụ thê, laser được dùng trong nghiên cứu các quá trình nội phân tử siêu nhanh điển ra ở thang thời gian vào cỡ hàng fem-to giây, chăng hạn như quá trình hình thành và đứt gãy liên kết hóa học hoặc các phan ứng hóa học. Trong những năm gan đây, hướng ứng dụng của laser được rộng mở sang nhiều lĩnh vực khác, đặc biêt laser có vai trò chính trong việc chế tạo các linh kiện điện tử từ phân tử hữu cơ [2-4] cụ thê là sử dụng các phân tử thuộc nhóm hydro-cacbon thơm, hướng ứng dụng này tạo ra ưu điểm hơn so với các linh kiện điện tử bán dẫn (tăng độ nhạy của thiết bị).
Với hướng ứng dụng vừa nêu trên, có thé kê đến các công trình tiêu biểu như sau: Liang-Yan Hsu va Herschel Rabitz đã từng công bố về một công tắc chuyên mạch quang điện trong đó laser đóng vai trò trong hiệu ứng ion hóa xuyên ham gây ra bởi photon - một trong các nguyên lý hoạt động cua thiết bị này [16]; tiếp theo, trong một công trình được đề cập trong tài liệu [2] tác giả đã từng giới thiệu các linh kiện điện tử hữu cơ được chế tạo từ nhóm phân tử acenes có nêu ra ở đây như: transistor hiệu ứng trường (field-effect transistors - FETs) va diode phát quang hữu co (organic light-emitting diodes - OLEDs). Các công trình nghiên cứu đã chỉ rằng, có thé ding trường ngoài dé điều khiển dong electron trong phân tử hữu cơ cau tạo các thiết bị điện tử nói trên [16]. Do dé, những nghiên cứu lý thuyết về tương tác giữa laser phân cực và các phân tử hữu cơ, cụ thẻ là các phân tử vòng thơm Ia quan trọng. Chúng ta hiéu rằng laser phân cực có thé tạo va điều khién được chuyên động của x-electron trên mạch vòng của các phân tử này, do đó có thé tạo ra dòng điện va từ trường với cường độ dang kẻ [13-29].
Dòng điện được tao ra trên mạch vòng của phân tử nên chúng ta gọi đó là dòng vòng. Việc tạo ra dòng vòng đối với từng loại phân tứ hữu cơ thơm có sự khác nhau riêng. Đối với loại phân tử có bậc đối xứng cao, chăng hạn như Ma-gie porphyrin [20-22], benzene và 2,5-dichloro[n] (3,6) pyrazinophane [24-27], thì chuyên động quay của m-electron trên mạch vòng có thê được tạo ra bằng cách sử dụng xung laser cực tím (Ultra-violet - UV) phân cực tròn [14]. Dong điện được tạo ra ở đây là dòng một chiều và có độ lớn không đôi.
Trong đó, chiêu dong điện chảy cùng chiều (hay ngược chiều kim đồng hồ) phụ thuộc vào trạng thái phân cực thuận (hay nghịch) của xung laser đặt vào phân tử. Dòng vòng được đề cập ở đây là do một trạng thái suy biến trong cấu trúc của phân tử 1 thơm bị kích thích bởi xung laser UV [19]. Đối với loại phân tử có mức đối xứng thấp, trong cấu trúc của chúng không có trạng thái điện tử suy biến. Tuy nhiên, vẫn có thể tạo được đòng vòng œ-clectron bằng cách dùng xung laser phân cực tuyến tính dé kích thích một cặp trạng thái điện tử có năng lượng gần nhau - được gọi là cặp giả suy biến (pair of quasi-degenerate state).
Dòng vòng hình thành theo các cách thức kích thích như trên được gọi là dòng kết hợp (coherent current) [ 19]. Nhóm của tác giả H. Mineo đã tạo ra được dong vòng được tạo ra bằng cách sử dụng xung UV cực ngắn có phân cực tuyến tính kích thích trên phân tử (P)-2.2`-biphenol, một phân tử có đôi xứng thấp với hai vòng benzen liên kết qua cầu nỗi C-C. Kết quả tính toán trong điều kiện giả định hạt nhân đứng yên.
đã cho thấy quy luật của dòng vòng kết hợp được tạo ra biến đổi dao động theo thời gian. Sau đó, tác giả đã mở rộng xem xét chuyên động của các hạt nhân, cụ thé là các dao động của hạt nhân trong một trường the tông hop từ tương tac giữa các electron với nhau, giữa các hạt nhân với nhóm electron.và giữa các hạt nhân với nhau. Tác giả đã sử dụng gần đúng đoạn nhiệt - trong đó hàm sóng của toàn hệ phân tử được tách thành hai phan riêng biệt. của hạt nhân và của nhóm electron.
Kết qua tính toán chứng minh rằng dao động của đòng vòng bị biến điệu do sự tác động từ hiện tượng giao thoa của một vài cặp trạng thái dao động kết hợp [19]. Ngoài phương pháp tạo dòng kết hợp bằng một xung laser phần cực tuyến tính dé kích thích cặp giả suy biến, nhóm của tác giả H. Mineo đã dé xuất sử dụng một cặp laser UV cân bằng không cộng hướng có phân cực tuyến tính [14], đây la một phương pháp hữu hiệu có thê sử dụng rộng rãi đối nhóm các phân tử thơm không có trạng thái suy biến. Ở đây, cơ chế vật lý dựa trên hiệu ứng Stark động (Dynamic Stark) dé tao suy bién cho cap trạng thai điện từ kích thích (Dynamic Stark induced-degenerate electronic states - DSIDES).