山东大学JPCA | 分子动力学中的几何相位：轨线系综新视角

英文原题： Extracting the Geometric Phase from the Ensemble of Trajectories

通讯作者： 郑雨军（山东大学）

作者： Huan Yang (杨欢), Yujun Zheng (郑雨军)*

背景介绍

在分子世界中，几何相位扮演着极其重要的角色。几何相位描述了量子系统在经历动力学演化后，除了动力学相位外，还会获得一个仅由路径决定的几何相位。几何相位变化对分子反应动力学具有深远的影响，尤其是在涉及分子势能面具有锥形交叉的分子动力学过程中。

亮点展示

近日，由 山东大学 物理学院 杨欢 和 郑雨军 教授在 JPCA 上发表了关于几何相位提取的新研究：提出了一种 直接从轨线系综中提取几何相位信息的新方法，为实验观测和理论研究提供了新视角。

这种方法不同于在绝热表象下核哈密顿量中显式包含或排除几何相位相关项的传统方式。相反，研究者采用了透热表象表示而隐式地处理了几何相位和非绝热问题，从而简化了理论计算。特别是，研究者采用了轨线系综方法，从轨线系综中直接提取相位信息。这种方法为定量检验动力学中的几何相位效应提供了一种直接手段，并具有可能产生适合实验测量的可观测量。

图1. 总核波函数和轨线在不同的演化时间的分布情况

通过一个具有锥形交叉的二维线性三原子ABA的模型系统，研究者展示了在有、无几何相位积累的情况下，轨线系综的方法能够准确地捕捉到相位变化。图1和图2展示了总核波函数和轨线在不同的演化时间的分布情况，以及布居 (ρ)、相干 (α) 和几何相位 ( ϕ _g ) 的演化，展示了几何相位在分子动力学中的作用。

图2. 布居、相干以及几何相位随时间的演化

总结展望

该研究不仅为理论上研究分子动力学过程的几何相位提供了新的理论方法，也为实验上提供了一种可能的测量几何相位的方法，从而可以更深入地探索几何相位对分子反应动力学的影响。