ОТДЕЛ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

Лаборатория теоретической, атомной, молекулярной и химической физики

Контактная информация:
тел./ факс: +7 (812) 315-53-96
E-mail: akbelyaev@herzen.spb.ru
Адрес: 191186, С.-Петербург, наб. р. Мойки, 48, корп. 1, ауд. 404.
Часы работы: пн-пт с 10.00 до 18.00

Заведующий лабораторией — доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАЕН, почетный работник высшего профессионального образования РФ, главный научный сотрудник, профессор Андрей Константинович Беляев.

Область научных интересов: теоретическая атомная, молекулярная и химическая физика, теория атомных и молекулярных столкновений, физика мезо- и наноструктур. Является членом диссертационного совета Д 999.069.02. Имеет более 100 научных публикаций.

Основные направления работы лаборатории атомной и молекулярной физики связаны с:

• исследованиями структур и свойств атомов, молекул, мезо- и наноструктур;
• теорией атомных и молекулярных столкновений;
• астрофизическими приложениями.

Тематика исследований, выполнявшихся в текущем году:

Теоретические исследования в области атомной и молекулярной физики, направленные на получение наиболее достоверных и аккуратных данных о характеристиках процессов, происходящих при атомных, молекулярных и ионных столкновениях

Основные результаты, полученные в текущем году:

1. C помощью упрощённого модельного подхода рассчитаны константы скоростей неупругих процессов, происходящих при столкновениях атомов и положительных ионов железа с атомами и отрицательными ионами водорода, для температур T = 1000 — 10000K.
   Исследованы процессы возбуждения, девозбуждения, образования ионной пары и взаимной нейтрализации, связанные с переходами между 97 ковалентными состояниями Fe + H и двумя ионными состояниями Fe⁺ + H^-.
   Расчёты проведены отдельно для переходов между состояниями внутри ⁶Σ⁺, ⁶П, ⁶∆, ⁴Σ^-, ⁴П, ⁴∆ и ⁴Ф молекулярных симметрий.
   Показано, что наибольшие константы скоростей соответствуют процессам взаимной нейтрализации.
2. C помощью упрощённого модельного подхода рассчитаны константы скоростей неупругих процессов, происходящих при столкновениях положительных ионов железа с атомами и отрицательными ионами водорода, для температур T = 1000 — 10000K.
   Исследованы процессы возбуждения, девозбуждения, образования ионной пары и взаимной нейтрализации, связанные с переходами между 117 ковалентными состояниями Fe⁺ + H и двумя ионными состояниями Fe²⁺ + H^-.
   Расчёты проведены отдельно для переходов между состояниями внутри ⁵Σ⁺, ⁵П, ⁵∆  молекулярных симметрий.
   Показано, что наибольшие константы скоростей соответствуют процессам взаимной нейтрализации.

3. Рассчитаны константы скорости процессов возбуждения, девозбуждения, образования ионной пары, нейтрализации и перезарядки при столкновениях атомов и положительных ионов кальция с атомами, положительными и отрицательными ионами водорода всего для 17 состояний (13 состояний Ca⁺ + H, 3 состояния Ca + H⁺ и одно Ca²⁺ + H^-) для диапазона температур 1000 К - 10000 К. Показано, что наибольшие значения констант скорости соответствуют процессам нейтрализации с выходом в состояния Ca⁺(4f²F^◦) + H(1s²S), Ca⁺(6s²S) + H(1s²S), Ca⁺(5d²D) + H(1s²S), Ca⁺(6p²P^◦) + H(1s²S) и Ca⁺(7s²S) + H(1s²S) а также процессу девозбуждения Ca(4s4p¹P)+H⁺ → Ca(4s²S)+H(2s²S). Эти процессы, а также процессы, величины констант скорости которых больше, чем 10^-10см³ то есть процессы, принадлежащие к I и II группам, наиболее важны для учёта при моделировании звёздных спектров в условиях отклонения от локального термодинамического равновесия.

4. Проведено исследование влияния конечной длительности импульса на спектры 2Q-2D-ОС и 3D-ОС пятого порядка. Вместо непосредственного расчета поляризации во временной области, использован подход в частотной области, что значительно упрощает вычисления.

   Получены приближенные выражения для спектров. В ходе анализа полученых выражений установлено, что полученные приближенные выражения дают хорошие согласия с точными выражениями. В ситуации A (когда импульсы короткие в масштабах динамики колебательного волнового пакета и электронной дефазировки) для 2Q-2D-ОС выражение воспроизводит почти точно спектр 2Q-2D-ОС, который рассчитан путем тройного интегрирования. С другой стороны, в ситуации B (импульсы короткие на временной шкале динамики колебательного волнового пакета, но длинные на временной шкале электронной дефазировки) приближенное выражение вычисляется полностью аналитически. В ходе моделирования спектров 2Q-2D-ОС в ситуации B обнаружено, что приближенная аналитическая формула несколько недооценивает фазовые множители. Полученное приближенное выражение для спектров 3D-ОС также является полностью аналитическим и хорошо воспроизводит спектральные особенности точных спектров.

5. Предложен способ комбинированного расчета квазистационарной ширины основного состояния аниона H^-₃. Методом классических траекторий исследована динамика коллинеарных и перпендикулярных столкновений отрицательного иона водорода с молекулой водорода. Составлена программа для вычисления вероятностей разрушения H^- в столкновениях с H^-₂ для произвольно выбранной геометрии. Получены количественные оценки вероятностей разрушения H^- в столкновениях с H^-₂.

Практическое использование результатов:

Полученные константы скоростей неупругих процессов, происходящие при атом-атомных и ион-ионных столкновениях, применяются при построении моделей фотосфер звёзд.

В результате работы лаборатории были опубликованы:

14 статей в реферируемых научных журналах, входящих в базы данных Web of Science и Scopus.

1. Mashonkina L., Sitnova T., Belyaev A. K. Influence of inelastic collisions with hydrogen atoms on the non-LTE modelling of Ca i and Ca ii lines in late-type stars / L. Mashonkina, T. Sitnova, A. K. Belyaev // Astronomy and Astrophysics. – 2017. — Vol. 605. — A53.
2. Belyaev A. K., Yakovleva S. A. Estimating inelastic heavy-particle-hydrogen collision data. I. Simplified model and application to potassium-hydrogen collisions / A. K. Belyaev , S. A. Yakovleva // Astronomy and Astrophysics. – 2017. – Vol. 606. — A147.
3. Belyaev A. K., Voronov Y.V. Atomic data on inelastic processes in low-energy manganese-hydrogen collisions / A. K. Belyaev, Y.V. Voronov // Astronomy and Astrophysics. – 2017. – Vol. 606. — A106.
4. Fremont F., Belyaev A. K. Excitation of hydrogen atoms in collisions with helium atoms: the role of electron-electron interaction / F. Fremont, A. K. Belyaev // Journal of Physics B. – 2017. — Vol. 50. — Art. 045201.
5. Rodionov D.S., Belyaev A.K. Low-Energy Inelastic Atomic Collisions of Magnesium and Hydrogen / D.S. Rodionov, A. K. Belyaev // Russian Journal of Physical Chemistry B. – 2017. — Vol. 11. — P. 34-36.
6. Belyaev A.K. Calcium-hydrogen interactions for collisional excitation and charge transfer / A. Mitrushchenkov, M. Guitou, A.K. Belyaev, S.A. Yakovleva, A. Spielfiedel, N. Feautrier // The Journal of Chemical Physics. – 2017. — Vol. 146. – P. 014304.
7. Девдариани А.З. Потенциалы взаимодействия возбужденных атомов неона Ne (2p54p) с атомами гелия. состояния W= 0+/ А.З. Девдариани, О.С. Алексеева, Л.А. Загребин, М.Г. Леднев // EUROPEAN SCIENTIFIC CONFERENCE сборник статей победителей IV Международной научно-практической конференции : в 3 ч. – 2017. – С. 12-14.
8. Devdariani A.Z. Radiative transitions in quasi-molecules Hg(6 3 P 1 — 6 1 S 0) + Xe. The influence of buffer gas atom density on spectral line shape / A.Z. Devdariani, G.M. Grigorian, N.A. Kryukov, M. G. Lednev, A.L. Zagrebin // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 810(1). — P. 012028
9. Девдариани А.З. УФ поглощение вблизи запрещенной линии Сd (51s0-53p2) в смеси паров кадмия с аргоном / А.З. Девдариани, О.С. Алексеева, Л.А. Загребин, М.Г. Леднев // Сборник статей победителей VI Международной научно-практической конференции. Под общей редакцией Г.Ю. Гуляева. – 2017. – С. 15-17.
10. Devdariani A.Z. Ellipsoidal shaped nanoparticles: spectral line profiles / A.Z. Devdariani, T. Kereselidze, T.Tchelidze // XVIIth International Biannual Meeting “Gettering and Defect Engineering in Semiconductor Technology” (GADEST 2017), Lopota, Georgia. – 2017. – P. 100.
11. Devdariani A.Z. Quasimolecular emission near the Xe(5p 56s 1,3 P 1 — 5p 6 1 S 0) and Kr (4p 55s 1,3 P 1 — 4p 6 1 S 0) resonance lines induced by collisions with He atoms / A.Z. Devdariani, O.S. Alekseeva, G.M. Grigorian, M.G. Lednev, A.L. Zagrebin // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 810(1). – P. 012029
12. Devdariani A.Z. Bound-free transitions in H + H– Collisions / A.Z. Devdariani, A.V. Dadonova  E. Dalimier, P. Angelo // Journal of Physics: Conference Series. – 2017. – Vol. 810(1). — P. 012027
13. Devdariani A.Z. Interband optical transitions in ellipsoidal shaped nanoparticles / A.Z. Devdariani, T. Kereselidze, T.Tchelidze // Physica B: Condensed Matter. – 2017. – Vol. 511. – P. 36-41.
14. Дадонова А.В., Девдариани А.З. Спектр электронов при столкновении Н-(D-)+ Не / А.В. Дадонова, А.З. Девдариани // Novainfo. – 2017. – № 69(1) — С. 1-7.

Использование результатов в учебном процессе:

Результаты научной работы лаборатории атомных и молекулярных столкновений теоретического отдела НИИ физики используются при подготовке магистерских выпускных квалификационных работ и бакалаврских выпускных квалификационных работ

Международное сотрудничество:

Сотрудники лаборатории проводят совместную научную работу со следующими научными и учебными центрами: Технический университет Мюнхена (Германия), Институт астрофизики им.Макса Планка (Германия), Университет г. Упсала (Швеция),Обсерватория Парижа (Франция), Университет Восточного Парижа (Франция).

Родионов Дмитрий Сергеевич 
директор обсерватории кафедры теоретической физики и астрономии факультета физики
представляет результаты проекта «Атомные данные для астрофизического моделирования»
Санкт-Петербургский образовательный форум 2017, 17-18 ноября 2017 г., г. Санкт-Петербург «ЛЕНЭСКПО»

Яковлева С.А. — ASTROCHEMICAL CONFERENCE KIDA2017 26-29 Sep 2017 Bordeaux (France)	Дадонова  А.В. —  Выставка научных достидений РГПУ