近日，物理与力学学院物理科学与技术系青年教师蒋显武副教授在多原子分子低能电子贴附解离理论研究方面取得重要进展，相关成果以“Process of dissociation of  by electron impact in low-temperature plasma and its isotope effect”为题通过Letter形式发表在《Physical Review A》期刊。

低能电子贴附解离(dissociative electron attachment, DEA)是指分子俘获入射电子后形成阴离子瞬时共振态后解离的电子-分子碰撞过程，普遍发生于(放电、刻蚀、助燃)等离子体环境之中，起着驱动等离子体产生与演变的作用。然而，多原子分子的DEA过程涉及到多维势能面下核解离运动的非绝热耦合，因此对该过程的理论描述非常困难，以至于目前人们对多原子分子(除了少部分的三原子分子)的DEA过程理解还很少，该过程也成为了电子分子散射领域的难点与热点问题。氨气分子是一种零碳排放的新能源气体，被誉为“氢气2.0”，近年来在全球范围内引起了巨大的关注。低温等离子体助燃技术能有效解决燃烧不充分的问题，电子-散射截面是充分理解其中动力学过程与搭建等离子体模型的关键输入参数，然而目前该散射截面还存在着不一致、不全面的问题。

基于上述背景，作者利用R矩阵方法开展了系统的研究工作，先在《Plasma Source Science and Technology》发表论文(DOI:10.1088/1361-6595/acca46)报道了分子弹性、振动态、电子态、中性解离、电离截面;在本工作中，作者利用简正近似将的振动分解为4个简谐振动，通过R矩阵方法模拟电子-分子散射过程，找到简正坐标下阴离子共振态的能量位置与宽度，发现N–H摆动与N–H对称伸缩振动参与解离过程，在上述两个模式下利用正交坐标变换获得解离坐标:阴离子共振态势能最陡下降路径，图一为共振态势能面，直观地给出了其解离路径。基于共振理论描述电子俘获过程，并结合解离存活系数获得了分子DEA截面;另外，利用相同的方法，文章还计算了其同位素分子的DEA过程，结果发现理论计算获得的DEA同位素效应与实验值高度吻合，如图二所示。该研究展示并验证了一种研究分子DEA的理论方法，该方法可用于快速评估低温等离子体中其他多原子分子的DEA截面。

图一 共振态势能面，表示中一个N-H键长，表示N-H键与对称轴的夹角。表示分子平衡位置，红色箭头表示解离通量路径。

图二 与分子DEA截面及其中同位素效应值(a)本文计算结果，(b)Compton et al.与(c)Sharp and Dowell的实验结果。

《Physical Review A》是原子分子与光学物理学领域公认的TOP期刊，其中Letter是美国物理学会于2021年推出的PRA发表形式，发表少数本领域研究中具有高度原创性和重要性的工作。该成果由蒋显武与美国中央佛罗里达大学(University of Central Florida)Viatcheslav Kokoouline教授、堪萨斯州立大学(Kansas State University)Yuen Isaac Chi-Hong研究员等合作者主导完成，研究生陈英奇为论文的共同一作。

该研究工作受到国家自然科学基金青年项目(Grant No. 12304277)与湖北省自然科学基金青年项目(Grant No. 20221j0064)的资助，论文全文链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.110.L020803。

（图文：蒋显武  编辑：胡创 审核：余峰、何大平）