Rotational structure of weakly bound molecular ions
基于Raab和Friedrich的量子化规则[Phys. Rev. A（2009）in press]，我们推导出了双原子分子离子弱束缚振动能级支持的转动态数目的简单而精确的公式。我们还提供了任何这样的水平的旋转常数的解析估计到阈值的解离，并获得一个标准，用于确定是否一个给定的弱束缚振动能级是无旋转的。结果仅取决于分子势的长程部分。
2009-10-30 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.chem-ph
Rotational cooling of heteronuclear molecular ions with ^1-Sigma, ^2-Sigma, ^3-Sigma and ^2-Pi electronic ground states
在离子阱中，分子离子的平移运动可以通过与激光冷却的原子离子的库仑相互作用而被有效地同情地冷却到低于100 mK的平移温度。然而，预计转振自由度在平移冷却期间基本上不受影响。我们以前曾提出过一种方案，用于冷却这种在最简单的^1-σ电子基态分子情况下，内部冷而内部热的异质双原子离子的内部自由度。在这里，我们提出了一个显着的简化这些方案，并作出推广到最常见的电子基态的异质分子离子：^1-Sigma，^2-Sigma，^3-Sigma和^2-Pi。该方案依赖于一个或两个激光驱动的转变，可能包括一个定制的非相干远红外辐射场。
2004-06-23 physics.atom-ph physics.chem-ph
Collisional cooling of internal rotation in MgH$^+$ ions trapped with He atoms: Quantum modeling meets experiments in Coulomb crystals
利用从头计算势能面方法计算了MgH $^+$（$^1Σ$）离子与He（$^1$ S）原子的电子相互作用，从多通道散射问题的量子处理出发，计算了相应的态变旋转非弹性碰撞截面.我们专注于量子动力学在目前的合作伙伴在较早的讨论，冷离子阱实验（见下文），我们希望详细建模的能量低。相应的状态变化率之间计算的分子离子的较低的旋转状态来描述的时间演化动力学，随后由最近的实验库仑结晶MgH $^+$（$^1Σ$），其中离子被旋转冷却后的微动调谐上传到陷阱的他作为缓冲气体。实验中最终离子旋转温度的当前计算建模结果与他们的观察结果非常一致，并且在离子的旋转温度和热温度之间快速平衡。
2020-10-27 physics.atom-ph physics.chem-ph
A Rotational/Roto-translational Constraint Method for Condensed Matter
本文提出一种基于Velocity Verlet积分器的旋转及旋转-平动约束算法，并集成于CP2K自制版本中，可选择性约束分子和离子并支持长时间MD模拟，为凝聚态体系中旋转相关动力学问题研究提供工具。
2024-07-31 physics.chem-ph
Enhancing reactivity of SiO$^+$ ions by controlled excitation to extreme rotational states
本研究在离子阱中利用宽带光泵浦将 SiO$^+$ 制备至 j 高达170的超转子态，发现极端转动激发可显著增强其与 H$_2$ 的夺氢反应速率，并通过理论揭示过渡态处转动模式与反应坐标的强耦合机制。
2025-01-11 physics.atom-ph physics.chem-ph
Rotational state-changing cold collisions of hydroxyl ions with helium
冷分子对于许多应用都很重要，从基本的精密测量、量子信息处理、量子控制化学到了解冷的星际介质。已知分子离子在与冷原子或离子的共振碰撞中被有效地冷却。然而，由于低温下量子态-态碰撞率的确定无论是在实验上还是在理论上都是极具挑战性的，因此对基本冷却步骤的了解很少。本文提出了一种利用非共振光剥离技术操纵分子量子态的方法。在此基础上，我们给出了氢氧负离子与氦原子旋转非弹性碰撞在全量子态控制下的绝对量子散射速率系数。实验和量子散射理论表明，在没有可调参数的情况下，具有很好的一致性。对于两种不同的同位素，得到非常相似的速率系数，这与出现在不同能量的几个量子散射共振有关。所提出的方法也适用于多原子系统，并将有助于阐明非辐射过程中的多环芳烃和蛋白质发色团。
2015-04-20 physics.atom-ph physics.chem-ph
Rotational Tunneling States and the Non-Debye Specific Heat of Dipolar Glasses
偶极玻璃的比热不服从德拜定律。这是有趣的，知道非德拜比热可以占在由偶极子的旋转隧穿态产生的肖特基型比热。本文研究了$_{4}^{+}$离子的转动隧穿谱和具有偶极玻璃相的铵和碱金属卤化物的混合盐（如（NH-$_{4})_{x}$ $_{4})_{x}$ Rb $_{1-x}$ Br）的非德拜比热。我们测量了上述混合盐在低温（1.5 K $< T <$ ~ 15 K）下的比热.结果表明，纯盐的比热服从德拜定律，而混合盐的比热不服从德拜定律。通过对几种混合盐的测量，研究了NH $_{4}^{+}$离子浓度、NH $_{4}^{+}$离子的第一近邻环境和晶格应变场对非德拜比热的影响。除此之外，我们还用中子非相干非弹性散射技术测量了NH $_{4}^{+}$离子在上述盐中的转动隧穿谱（$f(ω$）。研究表明，NH $_{4}^{+}$离子的非德拜比热和隧穿谱都依赖于NH $_{4}^{+}$离子浓度、NH $_{4}^{+}$离子的第一近邻环境和晶格应变场.我们进一步表明，测量的比热的温度依赖性可以解释为所有的样品中的一个模型，考虑到从德拜声子和NH $_{4}^{+}$离子的旋转隧道态的比热的贡献。据我们所知，这是第一次研究，它表明，测量的比热（NH $_{4})_{x}$ Rb $_{1-x}$ Br可以定量解释的实验测量的旋转隧道光谱$f(ω$）的NH $_{4}^{+}$离子。
2013-12-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Production of Spin-Polarized Molecular Beams via Microwave or Infrared Rotational Excitation
Institut für Laser- und Plasmaphysik, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf（杜塞尔多夫海因里希·海涅大学激光与等离子体物理研究所）；Department of Physics, University of Crete（克里特大学物理系）；Institute of Electronic Structure and Lasers, Foundation for Research and Technology-Hellas（希腊基础研究与技术基金会电子结构与激光研究所）
本文提出通过微波或红外旋转激发产生高自旋极化小分子束的方法，利用超精细诱导量子振荡实现高极化，可应用于核磁共振信号增强和极化核聚变。
2026-03-19 physics.chem-ph
Assignment of resonances in dissociative recombination of HD+ ions: high-resolution measurements compared with accurate computations
利用重离子储存环TSR上的光阴极电子靶测量了HD+离子振动基态解离复合的碰撞能量分辨速率系数。里德堡共振与振转激发的HD+核心扫描作为一个功能的电子碰撞能量与仪器展宽低于1毫电子伏的低能量极限。测量相比，使用多通道量子亏损理论的计算，占旋转结构和相互作用，并考虑到六个最低的旋转能级作为初始离子状态。使用热平衡水平人口在300 K近似的实验条件下，计算和测量的结构之间的密切对应关系被发现的第一振动激发阈值的阳离子附近0.24 eV。详细的分配，包括自然加宽和重叠的里德伯共振，进行所有结构高达0.024 eV。从纯粹的旋转激发的离子核心的共振被发现具有类似的强度，涉及振动激发。一个占主导地位的低能量共振被分配到只从激发旋转状态的贡献。结果表明，强烈的修改的能量依赖性的解离复合速率系数通过旋转激发的母离子，并强调需要与旋转冷物种的研究，以获得反映低温电离介质的结果。
2011-07-26 physics.atom-ph physics.chem-ph
Conformer-specific polar cycloaddition of dibromobutadiene with trapped propene ions
Diels-Alder环加成反应是合成环状有机化合物的有效途径。长期以来，人们一直在讨论这些反应是通过逐步机制还是协同机制进行的。在这里，我们采用了一种新的实验方法来探索模型极性环加成的2，3-二溴-1，3-丁二烯与丙烯离子的机制细节，通过探测其在气相中的单碰撞条件下的入口通道的构象特异性。结合构象控制的分子束与捕获的离子，我们发现，这两种构象的二烯，gauche和s-反式，是反应的捕获限制反应速率。借助量子化学和量子捕获计算，这一发现是合理的协调和逐步反应途径的同时竞争，揭示了一个有趣的机制边界的情况下。
2021-07-29 physics.chem-ph
Glasslike Behavior in Aqueous Electrolyte Solutions
当盐加入水中时，粘度通常会增加，这表明离子增加了水的氢键网络的强度。然而，对电解质溶液的红外泵浦-探测测量发现，离子对水分子的旋转动力学没有影响，这意味着没有增强或破坏氢键网络。在这里，我们报告了光学克尔效应和介电弛豫光谱测量，这使我们能够区分水分子旋转和过渡运动的影响。这些数据表明，电解质溶液表现得像一个过冷液体接近玻璃化转变，其中旋转和平移分子运动是解耦的。现在可以在一张统一的图片中理解以前相互矛盾的粘度数据、核磁共振弛豫和超快红外光谱。
2009-04-04 physics.chem-ph
A mode-coupling theory analysis of the rotation driven translational motion of aqueous polyatomic ions
与简单的单原子碱金属离子和卤素离子相比，复杂的多原子离子如硝酸根、乙酸根、亚硝酸根、氯酸根等尚未被详细研究。实验表明，多原子离子的扩散表现出许多显著的反常现象，其中值得注意的是尺寸相近的多原子离子扩散系数值相差很大。这一事实在科学讨论中引起的兴趣相对较少。在这里，我们表明，模式耦合理论（MCT）可以提供一个物理上有意义的解释的多原子离子在水中的异常扩散，包括平移摩擦的贡献的旋转跳跃。这里讨论的两个系统，即硝酸根离子水溶液和乙酸根离子水溶液，虽然具有相似的离子半径，但由于它们的旋转跳跃运动速率的差异，表现出很大程度上不同的扩散率值。我们进一步验证了模式耦合理论的形式主义，通过比较它与实验和模拟结果，吻合良好的理论预测。
2017-08-17 cond-mat.soft physics.chem-ph
Precise Determination of Excited State Rotational Constants and Black-Body Thermometry in Coulomb Crystals of Ca$^+$ and CaH$^+$
Duke University（杜克大学）
本研究通过高分辨率旋转光谱精确测定CaH$^+$激发态旋转常数，并利用其作为本地环境温度的原位探测器。
2024-11-30 physics.atom-ph physics.chem-ph
Blackbody-radiation-assisted molecular laser cooling
在离子阱中，分子离子的平移运动可以通过与激光冷却的原子离子的库仑相互作用而被有效地冷却到低于100 mK的温度。然而，内部振转态的分布在几十秒内与通常高得多的环境温度达到热平衡。我们考虑这样的内部热的旋转冷却的概念，但冷却异源双原子分子离子。该方案依赖于从几个特定旋转能级到"暗态“的光泵浦与黑体辐射介导的旋转粒子数再分布的组合。
2002-06-19 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Laser-induced, blackbody-radiation-assisted rovibrational cooling of symmetric-top molecular ions: NH3+ and ND3+
Indian Association for the Cultivation of Science（印度科学培养印度协会）；University of Liverpool（利物浦大学）
该研究通过激光和黑体辐射辅助冷却对称顶部分子离子NH3+和ND3+，发现基态重新分布受BBR驱动，而振动态衰减快，同位素替换减缓动力学。
2026-02-28 physics.chem-ph
Rotation of cold molecular ions inside a Bose-Einstein condensate
我们使用最近开发的angulon理论[物理。114，203001（2015）]以研究浸入铷和锶的玻色-爱因斯坦凝聚体中的氰化物分子阴离子的旋转光谱。基于$\textit {ab initio}$势能面，我们详细研究了声子激发场修饰分子转动所引起的转动兰姆位移和多体诱导精细结构。我们证明，这些影响的幅度是足够大，以观察到在现代实验中的冷分子离子。此外，我们还介绍了一种从$\textit {ab initio}$势能面出发构造赝势的新方法，该方法为低能极化子模型提供了一种获得有效耦合常数的方法。
2016-10-13 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Quantum-logic spectroscopy of forbidden vibrational transitions in single nitrogen molecular ions
Department of Chemistry, University of Basel（巴塞尔大学化学系）
该研究利用量子逻辑光谱学技术，实现了单个氮分子离子中被禁止的旋转-振动跃迁的相干操控，为高精度分子光谱和量子计算提供了新方法。
2026-03-11 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Stochastic density functional theory for ions in a polar solvent
针对现有电解质随机密度泛函理论忽略溶剂极性的问题，研究从微观原理推导了适用于极性溶剂中离子的显式SDFT理论，计算相关可观测量并明确了各因素对电解质动力学的影响，为理解离子与环境涨落的耦合提供支撑。
2025-03-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
HSCO$^+$ and DSCO$^+$: a multi-technique approach in the laboratory for the spectroscopy of interstellar ions
质子化分子物种已被证明是丰富的星际气体。这类分子也是关键的ISM演变（如气体电离分数）的重要物理参数的测定或作为示踪剂的非极性，因此不能直接观察到的，物种。通过射电天文学观测对这些分子种类的识别与精确的实验室光谱特性直接相关。本工作的目的是扩展质子化羰基硫（HSCO $^+$）及其氘代同位素异构体（DSCO $^+$）基态电子态纯转动光谱的实验室测量。同时，我们展示了如何实施不同的实验室技术允许不同的光谱性质的不对称顶部质子化物种的测定。三个不同的高分辨率实验涉及到第一次检测的HSCO $^+$的$b-$型转动光谱，并扩展到亚毫米区域，$a-$型光谱相同的分子物种和DSCO $^+$。这两种离子的电子基态已在273-405 GHz的频率范围内进行了研究，允许检测60和50个新的旋转跃迁HSCO $^+$和DSCO $^+$，分别。结合我们的新的测量与以前在微波区观察到的三个旋转过渡允许天文学上最相关的过渡的静止频率被预测为优于100 kHz的HSCO $^+$和DSCO $^+$高达500 GHz，相当于优于60米/秒的等效径向速度。目前的工作说明了使用不同的实验室技术，以高频率的质子化的物种，以及如何处理反应性物种时，可以采用类似的方法的重要性。
2018-10-22 astro-ph.GA physics.chem-ph
Non-rotational mechanism of polarization in alcohols
化学极性决定了碳纳米管的各种机械、化学和热力学性质。极性液体已被充分研究，但其介电性质的基本机制仍然没有完全理解，因为遵循德拜唯象方法的标准模型没有考虑量子效应，并且不能适当地再现整个直流到太赫兹的光谱范围。在这里，使用说明性的情况下，一元醇，我们表明，深隧穿和随之而来的分子间分离的过量质子和“质子空穴”在极性液体管理他们的静态和动态的介电性能相同的立足点。我们进行了系统的超宽带（0-10 THz）光谱实验与不同（0.4-1.6 nm）分子长度的一元醇，并表明，有限的分子物种的寿命，和质子空穴相关长度是两个主要参数负责所有研究的醇在整个频率范围内的介电响应。我们的研究结果表明，量子非旋转分子间机制驱动的极化在醇类中，而分子极化的旋转机制起着次要的作用，只表现在亚太赫兹区域。
2020-12-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
How individual vs shared coordination governs the degree of correlation in rotational vs residence times in a high-viscosity lithium electrolyte
Indian Institute of Technology Gandhinagar（印度理工学院甘地纳加尔分校）
研究通过分子动力学模拟揭示了高粘度锂电解质中，G4与TFSI在配位方式上的差异如何影响离子旋转与停留时间的相关性。
2026-02-14 cond-mat.soft physics.chem-ph
Rotational-state dependence of interactions between polar molecules
本研究揭示极性分子间相互作用的转动态依赖规律，发现转动量子数差大于1时存在排斥范德华作用，该作用可在毫开尔文以下温区大幅降低碰撞损失，为超冷极性分子的量子模拟等领域提供新应用方向。
2024-05-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Observing Molecular Spinning via the Rotational Doppler Effect
当圆偏振光从旋转目标散射时，旋转多普勒频移（RDS）由于旋转物体与电磁场之间的角动量交换而出现。在这里，我们使用相干自旋分子来产生通过气体样品传播的圆偏振探针的频率的偏移。我们使用线性偏振激光脉冲来排列分子，然后使用第二个延迟脉冲以45°偏振来实现单向分子旋转。测量的RDS比以前通过其他方法观察到的大几个数量级。这个实验提供了明确的证据单向分子旋转，并铺平了道路，一类新的测量中，分子试剂的旋转方向可以监测或主动控制。
2013-03-27 physics.chem-ph physics.optics
Sympathetic cooling of rovibrationally state-selected molecular ions
本文提出了一种在离子阱中产生旋转和振动选态、自旋冷分子离子的新方法。我们的技术是基于中性分子的状态选择阈值光电离，然后用激光冷却的钙离子对产生的离子进行交感冷却。使用N $_2^+$离子作为测试系统，我们实现了> 90%的选择性，在制备的基础振转能级和状态寿命的数量级为15分钟的限制与背景气体分子的碰撞。该技术可以用来产生一个广泛的非极性和极性的分子离子在地面和激发振转态。我们的方法为冷量子控制的离子-分子碰撞研究、用状态选择的分子离子和分子-离子量子比特进行频率计量学实验开辟了新的前景。
2010-06-29 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Machine Learning for Parameter Auto-tuning in Molecular Dynamics Simulations: Efficient Dynamics of Ions near Polarizable Nanoparticles
使用粗粒度模型模拟可极化纳米颗粒（NP）附近的离子动力学是非常具有挑战性的，因为需要在每个模拟时间步求解泊松方程。最近，一个分子动力学（MD）方法的基础上的动态优化框架绕过了这个障碍，表示的极化电荷密度作为虚拟的动态变量，并演变成与离子的物理动力学并行。我们强调的计算增益与机器学习（ML）方法的集成，在MD模拟参数预测，通过演示它们是如何实现在MD模拟离子附近的极化NP。将基于人工神经网络的回归模型与MD仿真相结合，预测表征虚拟系统的最佳仿真时间步长和优化参数，并成功地实现了$94.3\%$。ML使能的参数自动调整产生了$\approx 10$百万步的离子的精确动力学，同时将模拟的稳定性提高了一个数量级以上。ML增强框架与混合OpenMP/MPI并行技术的集成将模拟具有数千个离子和感应电荷的系统的计算时间从数千小时减少到数十小时，从仅ML加速产生$\approx 3$的最大加速比，以及从ML和并行计算方法的组合产生$\approx 600$的最大加速比。在浓缩的电解质附近的油-水乳液的离子结构的提取证明了该方法的成功。该方法可以推广到其他分子动力学应用和能量最小化问题中的最优参数选择。
2019-10-31 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.comp-ph
Rotational dynamics of a diatomic molecular ion in a Paul trap
我们提出了一个异质双原子分子离子的模型在一个刚性转子近似的线性保罗陷阱，一个纯粹的经典，其他的质心运动被视为经典，而旋转运动是量化的。我们研究了在离子的永久偶极矩和俘获电场之间存在耦合时的转动动力学及其对质心运动的影响。我们表明，永久偶极矩的存在影响的离子的轨迹，并且它离开的马修方程的解决方案，发现原子离子。对于量子转动的情况，我们也证明了上述耦合对离子转动态的影响。
2015-11-12 physics.atom-ph physics.chem-ph
Molecular theories and simulation of ions and polar molecules in water
综述了近年来水溶液中离子和极性分子的分子理论和模拟研究进展。咪唑和咪唑盐溶质的水合作用被用来解释理论问题。远程静电相互作用在模拟的治疗进行了广泛的讨论。有人认为，埃瓦尔德的方法是一种简单的方法来获得正确的水合自由能的热力学极限从分子计算，和埃瓦尔德相互作用和周期性边界条件的分子模拟也可以比许多常见的替代品更有效。埃瓦尔德处理允许对无限系统大小进行结论性外推。从简单模型的测试中出现的画面是，最简单的理论最突出的失败与溶剂质子构象有关，导致静电势的非高斯波动。因此，对于二阶微扰理论最有利的情况是单原子正离子。对于极性和阴离子溶质，连续或高斯理论是不太准确的。对这些简单模型的具体缺陷的理解导致了新的概念，多态高斯和准化学理论，这些理论解决了简单理论失败的情况。有人认为，相对于直接介电连续处理，准化学理论提供了一个更好的理论组织的计算研究的溶液物种的电子结构。
1998-07-24 physics.bio-ph physics.chem-ph
Rotational properties of two interacting cold polar molecules: linear, symmetric, and asymmetric tops
研究两静态冷极性分子在外部直流电场及各向异性偶极-偶极相互作用下的势能与极化，将分子建模为量子刚性转子并考察线性、对称与非对称陀螺分子，发现短间距下分子性质强烈依赖电场方向，凸显考虑转动自由度的重要性。
2024-09-23 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
