In Search for the Negative Polarizability States – the State of Hydrogen Molecule

Komasa, Jacek

doi:10.1016/s0065-3276(05)48011-9

Cited by 7 publications

(4 citation statements)

References 32 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…It was experimentally verified that such DC-fields do not cause a Stark shift at the present precision level. This finding is in agreement with calculations based on polarizabilities for the EF state [58] and X state [59], predicting a less than 1 MHz shift for the DC-field used.…”

Section: S H Hsupporting

confidence: 91%

Precision measurement of quasi-bound resonances in H$_2$ and the H + H scattering length

Lai¹,

Salumbides²,

Beyer³

et al. 2021

Preprint

View full text Add to dashboard Cite

Quasi-bound resonances of H2 are produced via two-photon photolysis of H2S molecules as reactive intermediates or transition states, and detected before decay of the parent molecule into three separate atoms. As was previously reported [K.F. Lai et al., Phys. Rev. Lett. 127, 183001 (2021)] four centrifugally bound quantum resonances with lifetimes of multiple µs, lying energetically above the dissociation limit of the electronic ground state X 1 Σ + g of H2, were observed as X(v, J) = (7,21) * , (8,19) * , (9,17) * , and (10,15) * , while also the short-lived (∼ 1.5 ns) quasi-bound resonance X(11,13) * was probed. The present paper gives a detailed account on the identification of the quasi-bound or shape resonances, based on laser detection via F 1 Σ + g -X 1 Σ + g two-photon transitions, and their strongly enhanced Franck-Condon factors due to the shifting of the wave function density to large internuclear separation. In addition, the assignment of the rotational quantum number is verified by subsequent multi-step laser excitation into autoionization continuum resonances. Existing frameworks of full-fledged ab initio computations for the bound region in H2, including Born-Oppenheimer, adiabatic, non-adiabatic, relativistic and quantum-electrodynamic contributions, are extended into the energetic range above the dissociation energy. These comprehensive calculations are compared to the accurate measurements of energies of quasi-bound resonances, finding excellent agreement. They show that the quasi-bound states are in particular sensitive to non-adiabatic contributions to the potential energy. From the potential energy curve and the correction terms, now tested at high accuracy over a wide range of energies and internuclear separations, the s-wave scattering length for singlet H+H scattering is determined at a = 0.2735 39 31 a0. It is for the first time that such an accurate value for a scattering length is determined based on fully ab initio methods including effects of adiabatic, non-adiabatic, relativistic and QED with contributions up to mα 6 . * Tribute to the late Prof. Lutoslaw Wolniewicz and honoring him for his inspirational contributions over many decades to the theory of the hydrogen molecule.

show abstract

Section: S H Hsupporting

confidence: 91%

Precision measurement of quasi-bound resonances in H$_2$ and the H + H scattering length

Lai¹,

Salumbides²,

Beyer³

et al. 2021

Preprint

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Computational work addressing the role of vdW interactions in category 2 and 3 remains relatively scarce, but efforts toward the development of sophisticated schemes, which capture London dispersion effects proper to excited states (e.g., repulsive dispersion − ) or which focus on the interaction of arbitrary states are currently ongoing. − In general, these schemes require a fairly complex quantum electrodynamical treatment of the vdW-Casimir potential; therefore, their application has been restricted to nothing but the simplest chemical systems and perfectly homogeneous media. Other relevant examples include the analytical expression for the static polarizabilities of the s- and p-symmetric excited states of atoms introduced by Adelman and Szabo.…”

mentioning

confidence: 99%

How do London Dispersion Interactions Impact the Photochemical Processes of Molecular Switches?

Fabrizio

Corminbœuf

2018

J. Phys. Chem. Lett.

View full text Add to dashboard Cite

In the last two decades, linear-response time-dependent density functional theory (LR-TDDFT) has become one of the most widely used approaches for the computation of the excited-state properties of atoms and molecules. Despite its success in describing the photochemistry and the photophysics of a vast majority of molecular systems, its domain of applicability has been limited by several substantial drawbacks. Commonly identified problems of LR-TDDFT include the correct description of Rydberg states, charge-transfer excited states, doubly excited states, and nearly degenerate states. In addition to these widely recognized shortcomings, the approximate functionals used in LR-TDDFT are unable to fully describe London dispersion interactions. In this work, we aim at understanding the impact of van der Waals interactions on the properties of chemical systems beyond their electronic ground state. For this purpose, we compare the results of excited-state energy profiles and dynamic trajectories for the prototypical cis-stilbene molecule with its 3-3',5-5'-tetra-tert-butyl derivative. While the explicit treatment of London dispersion interactions results in negligible changes for the cis-stilbene, we show that these attractive forces have a substantial influence on the energetics and structural evolution of the substituted derivative. In the latter case, intramolecular dispersion interactions impact the outcome of the simulation qualitatively, leading to an increased preference for the photocyclization pathway. The methodological consequences of this work are not uniquely applicable to the illustrative stilbene case. In fact, this molecule is representative of a whole class of chemical situations, where dispersion forces dominate the interactions between the unexcited substituents of a photoexcited chromophore. This is, for instance, a common situation in organic photovoltaics where donor molecules are usually functionalized with long alkyl side chains to improve solubility and assembly.

show abstract

“…Calculations by Komasa [89] predict that a static electric filed should mix the (E,F) state with the nearby B and C states. His calculation predicted the static field would lead to a negative polarization anisotropy, a hydrogen molecule more polarizable perpendicular to the bond axis than along the bond axis.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

“…These high-energy processes between light and matter are of great interest to test theories [85] and have become more common with the advent of more powerful laser sources. In recent studies, alignment and ionization of H 2 and H 2+ under intense laser fields has been predicted and shown to demonstrate counter-intuitive behavior [86][87][88][89],…”

Section: Alignment and Dissociation Of Electronically Excited Molecular Hydrogen With Intense Laser Fields Abstractmentioning

confidence: 99%

Ultrahigh-density spin-polarized hydrogen isotopes from the photodissociation of hydrogen halides

Σπηλιώτης¹

View full text Add to dashboard Cite

Πρόσφατα, η επιστημονική μας ομάδα επέδειξε την παραγωγή ατόμων πολωμένου υδρογόνου, σε υπερηψηλές πυκνότητες της τάξης του 10^(19) cm^(−3), από φωτοδιάσπαση μορίων υδραλογόνου με κυκλικά πολωμένους παλμούς λασερ σε υπεριώδη μήκη κύματος. Η ανίχνευση των ατόμων έγινε με τη χρήση ενός πηνίου, το οποίο μπορεί να ανιχνεύει απότομες αλλαγές στη μαγνήτιση από τις κβαντικές ταλαντώσεις που δημιουργούνται μετά την πόλωση των ατόμων, λόγω της υπέρλεπτης υφής του Υδρογόνου. Οι πυκνότητες αυτές είναι περίπου 7 τάξεις μεγέθους υψηλότερες από αυτές που επιτυγχάνονται με συμβατικές μεθόδους, κάτι που ανοίγει το δρόμο για μια σειρά από νέες εφαρμογές, όπως η υπερταχεία μαγνητομετρία, η παραγωγή πολωμένων ακτίνων σωματιδίων με ενέργειες τάξης MeV και GeV (ακτίνες ηλεκτρονίων με εντάσεις περίπου 4 τάξεις μεγέθους υψηλότερες από ό,τι επιτυγχάνεται με τις υπάρχουσες πηγές), και η μελέτη της πυρηνικής σύντηξης με πολωμένα καύσιμα, όπου οι ενεργοί διατομές για τις αντιδράσεις D−T και D−3He ενισχύονται κατά 50%. Μια από τις σημαντικές ερωτήσεις που αφορούν την παραγωγή πολωμένων ισοτόπων του υδρογόνου με αυτή τη μέθοδο είναι ο ρυθμός της αποπόλωσης των ατόμων αυτών, όταν αυτά παράγονται στο όριο όπου τα μόρια του υδραλογόνου φωτοδιασπώνται πλήρως, και τα παραγώμενα πολωμένα άτομα Υδρογόνου αντιδρούν μόνο με τα άτομα αλογόνου που βρίσκονται στον όγκο της φωτοδιάσπασης. Σε αυτό το όριο, ο ρυθμός αποπόλωσης αναμένεται να είναι υψηλός, αλλά προηγούμενες μετρήσεις σε πυκνότητες της τάξης του 10^(18) −10^(19) cm^2 έδειξαν χρόνους ζωής της τάξης των δεκάδων νς για πολωμένα άτομα Υδρογόνου και Δευτερίου τα οποία παρήχθησαν από φωτοδιάσπαση Υδροβρωμίου και Ιωδιούχου Δευτερίου, αντίστοιχα. Αυτοί οι χρόνοι ζωής ήταν 2 τάξεις μεγέθους υψηλότεροι από ό,τι θα αναμενόταν εάν η ενεργός διατομή αποπόλωσης από ανταλλαγή σπιν μεταξύ Υδρογόνου και αλογόνων ήταν συγκρίσιμη με αυτή μεταξύ Υδρογόνου και αλκαλίων (∼ 2×10^(−15) cm^2).Σε αυτή τη μελέτη παρουσιάζονται μετρήσεις του ρυθμού αποπόλωσης πολωμένων Υδρογόνων από τη φωτοδιάσπαση Υδροχλωρίου, σε πυκνότητα περίπου μια τάξη μεγέθους υψηλότερη από τις παραχθείσες σε Υδροβρώμιο και Ιωδιούχο Δευτέριο. Από τις μετρήσεις αυτές εξάγεται μια εκτίμηση για την ενεργό διατομή της ανταλλαγής σπιν μεταξύ Υδρογόνου και Χλωρίου: σ(SEH−Cl)= 7×10^(−17) cm^2. Η μέτρηση αυτή είναι η πρώτη που διεξάγεται για αυτή την ποσότητα. Οι υψηλές πυκνότητες πολωμένων ατόμων Υδρογόνου που παράγονται με τη μέθοδο της φωτοδιάσπασης μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη ενός ευαίσθητου μαγνητομέτρου με χρονική απόκριση της τάξης των nanosecond. Η μεταφορά πληθυσμών ανάμεσα στις καταστάσεις υπέρλεπτης υφής του Υδρογόνου προσφέρουν μια γρήγορη διαμόρφωση σε μια από τις πιο καλά γνωστές φυσικές ποσότητες, τη συχνότητα της υπέρλεπτης υφής του Υδρογόνου στα 1.420405 GHz. Αυτή η διαμόρφωση, σε συνδυασμό με τον υψηλό αριθμό πολωμένων ατόμων που παράγονται από τη φωτοδιάσπαση, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση χαμηλών χρονοεξαρτώμενων μαγνητικών πεδίων, τα οποία αίρουν τον εκφυλισμό της διεγερμένης κατάστασης της υπέρλεπτης υφής του υδρογόνου με F = 1. Σε αυτή τη μελέτη παρουσιάζονται, ως απόδειξη της αρχής λειτουργίας του οργάνου, μετρήσεις χαμηλών μαγνητικών πεδίων της τάξης του μT σε ένα δευτερόλεπτο, μέσω μετρήσεων της συχνότητας της χρονοεξαρτώμενης μαγνήτισης που προκαλείται από τη μεταφορά πληθυσμών ανάμεσα στις καταστάσεις υπέρλεπτης υφής του Υδρογόνου. Συμπληρωματικά, παρουσιάζεται μια λεπτομερής πρόταση για τη χρήση αυτού του οργάνου για την ανίχνευση χρονοεξαρτώμενων μαγνητικών πεδίων με χρονική ανάλυση της τάξης του νς, με ευαισθησία της τάξης του pT ανά παλμό λέιζερ.

show abstract

In Search for the Negative Polarizability States – the State of Hydrogen Molecule

Cited by 7 publications

References 32 publications

Precision measurement of quasi-bound resonances in H$_2$ and the H + H scattering length

Precision measurement of quasi-bound resonances in H$_2$ and the H + H scattering length

How do London Dispersion Interactions Impact the Photochemical Processes of Molecular Switches?

Ultrahigh-density spin-polarized hydrogen isotopes from the photodissociation of hydrogen halides

Contact Info

Product

Resources

About