低能区N<sup>3+</sup>离子与He原子碰撞电荷转移截面研究

林晓贺; 林敏娟; 王堃; 吴勇; 任元; 王瑜; 李婕维

doi:10.7498/aps.74.20250581

摘要

N³⁺离子与基态He原子碰撞过程在天体物理、星际空间和实验室等离子体环境中具有重要研究意义. 本文采用从头算的多参考单双激发组态相互作用方法精确计算了[NHe]³⁺碰撞体系的分子结构参数, 包括势能曲线和耦合矩阵元等. 基于计算得到的结构参数, 采用全量子分子轨道强耦合方法开展了低能N³⁺离子与He原子碰撞电荷转移过程研究, 获得了能量在3.16 × 10^–3 eV—24 keV(即2.25 × 10^–4 eV/u—1.73 keV/u)范围内的总单电荷、双电荷转移截面和态选择截面. 在计算中考虑了电荷平动因子、高角动量态对碰撞过程的影响, 发现高角动量态对电荷转移截面具有显著影响. 与现有实验和理论结果相比, 当前计算的单电荷和双电荷转移截面与实验测量值更为接近. 相较于Liu等(2011 Phys. Rev. A 84 042706)未考虑高角动量态的研究, 当碰撞能量大于10 eV/u时, 其总单电荷转移截面约高出当前计算值2—3倍, 表明高角动量态对电荷转移过程具有显著影响. 同时研究表明单电荷转移截面远大于双电荷转移截面, 在碰撞电荷转移过程中占据主导地位. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00165中访问获取.

关键词:

Abstract

The collision process between N³⁺ ions and He atoms is of great significance in astrophysics, interstellar space and laboratory plasma environment. The single- and double-charge transfer processes for the collisions of N³⁺ with He atoms are studied by using the quantum-mechanical molecular-orbital close-coupling (QMOCC) method. The ab initio multireference single- and double-excitation configuration interaction (MRD-CI) methods are employed to obtain the adiabatic potentials and the radial and rotational coupling matrix elements that are required in the QMOCC calculation. In the present QMOCC calculations, 10 ¹Σ states, 8 ¹Π states and 4 ¹Δ states are considered, and total single- and double-charge transfer cross sections and state selection cross sections are calculated in an energy region from 3.16 × 10^–3 eV–24 keV (i.e., 2.25 × 10^–4 eV/u–1.73 keV/u). Comparison of our results with the previous theoretical and experimental results shows that our results agree well with the experimental values for the total double-charge transfer (DCT) cross sections. For the total single-charge transfer (SCT) cross sections, our QMOCC results are slightly higher than the experimental results in an energy region of 0.2–11 eV/u. When the energy is higher than 11 eV/u, the present QMOCC results are in good agreement with the experimental results. The total SCT cross section is significantly larger than the total DCT cross section, so SCT process is a dominant reaction process. For the SCT process, it can be observed that the charge transfer to N²⁺(2s2p² ²D) and N²⁺(2s²2p ²P°) is very important. It should be noted that although we and Liu et al. (Phys. Rev. A 2011 84 042706) both used the QMOCC method to study the charge transfer cross section, our calculation results are still significantly different from their calculation results. It is due to the fact that Liu et al.’s calculations only considered 10 ¹Σ states and 8 ¹Π states, and ignored the effect of ¹Δ states.The datasets presented in this paper are openly available at https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00165.

Keywords:

作者及机构信息

1.

2.

3.

4.

5.

6.

通信作者: 王瑜, wangy@tyust.edu.cn

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 12203106, 12204288)资助的课题.

Authors and contacts

1.

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3.

4.

5.

6.

Corresponding author: WANG Yu, wangy@tyust.edu.cn

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 12203106, 12204288).

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渐进原子态	分子态	Energy/eV
渐进原子态	分子态	MRD-CI	NIST^[21]	Errors
N²⁺(2s²2p ²P^o)+He⁺(1s)	1¹Σ, 1¹Π	0.0000	0.0000	0.0000
N²⁺(2s 2p² ²D)+He⁺(1s)	2¹Σ, 1¹Δ, 2¹Π	12.5087	12.5254	0.0167
N²⁺(2s2p² ²P)+He⁺(1s)	3¹Π	18.0958	18.0863	0.0095
N²⁺(2s2p² ²S)+He⁺(1s)	3¹Σ	16.2564	16.2425	0.0139
N³⁺(2s² ¹S)+He(1s²)	4¹Σ	22.8803	22.8579	0.0224
N²⁺((2p³ ²D^o)+He⁺(1s)	4¹Π, 2¹Δ	25.1239	25.1780	0.0541
N⁺(2s²2p² ¹D)+He²⁺	5¹Σ, 5¹Π, 3¹Δ	26.7503	26.7150	0.0353
N²⁺(2s²3s ²S)+He⁺(1s)	6¹Σ	27.4341	37.4380	0.0039
N²⁺(²p³ ²P^o)+He⁺(1s)	7¹Σ, 6¹Π	28.5454	28.5665	0.0211
N⁺(2s²2p² ¹S)+He²⁺	8¹Σ	28.9204	28.8690	0.0514
N²⁺(2s²3p ²P^o)+He⁺(1s)	9¹Σ, 7¹Π	30.4405	30.4586	0.0181
N²⁺(2s²3d ²D)+He⁺(1s)	10¹Σ, 8¹Π, 4¹Δ	33.1233	33.1333	0.0100
N²⁺(2s2p3s ²P^o)+He⁺(1s)	11¹Σ, 9¹Π	36.8428	36.8421	0.0007
N²⁺(2s2p3p ²P)+He⁺(1s)	10¹Π	38.2795	38.3274	0.0479

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