Two-electron processes and correlation effects in ion-atom collisions : a close-coupling approach at intermediate energies

par Junwen Gao

Thèse de doctorat en Chimie physique et chimie analytique

Sous la direction de Alain Dubois et de Jianguo Wang.

Le président du jury était Henri Bachau.

Le jury était composé de Yong Wu, Nicolas Sisourat.

Les rapporteurs étaient Henri Bachau, Jianmin Yuan.

  • Titre traduit

    Processus bi-électroniques et effets de corrélation dans les collisions ion-atome : une approche de close-coupling aux énergies intermédiaires


  • Résumé

    Cette thèse présente une théorie non perturbative pour décrire les processus multi-électroniques intervenant au cours des collisions ion-atome. Le traitement choisi est semiclassique en ce sens que le mouvement relatif cible-projectile est décrit par des trajectoires classiques (mouvement rectiligne uniforme), tandis que la dynamique électronique est traitée quantiquement, en résolvant de manière non perturbative l’équation de Schrödinger dépendante du temps. Cette approche théorique a été codée au cours de la thèse dans une nouvelle version du code informatique à deux électrons actifs et mise en œuvre à l'étude de plusieurs systèmes de collision. Outre le développement long et complexe et les tests du code, les trois dernières années ont été spécialement consacrées à la compréhension de la physique d'événements spécifiques de diffusion de particules lourdes. Nous avons entrepris l’étude de trois types de systèmes de collision : par ordre d’apparition dans cette thèse, (i) collisions ion-ion faiblement chargé avec une extrême importance de la corrélation électronique (H+ - H-), (ii) collisions entre projectiles multiplement chargés et atome (C4+ - He) et (iii) collisions He+ - He avec un traitement très original prenant en compte des trois électrons dans la dynamique. Le choix de ces systèmes était guidé sur des systèmes benchmark pour lesquels des résultats expérimentaux et théoriques étaient disponibles, et présentant des questions ouvertes, liées par exemple à de forts désaccords entre les données existantes.Systématiquement, nous avons essayé de produire des résultats avec une convergence contrôlée permettant des interprétations physiques originales.


  • Résumé

    This thesis presents a non perturbative theory to describe multi-electronic processes occurring in the course of ion-atom collisions. The treatment is semiclassical in that the relative target-projectile motion is described by classical straight-line constant velocity trajectories, while the electronic dynamics is treated quantum mechanically, by solving non perturbatively the time-dependent Schödinger equation. The treatment has been implemented in a new version of two-active-electron computer code. Besides the long and complex development and tests of the code, the last three years have been especially devoted to understanding of the physics of specific heavy particle scattering events. We have undertaken the study of three collision systems with various features: (i) low charge ion-ion collisions with an extreme importance of electronic correlation (H+ + H− collisions), (ii) multiply charged projectile-atom collisions (C4+ + He) and (iii) He+ + He collisions with the dynamical treatment of the three electrons. Our guideline was always to target systems for which experimental and theoretical results were available (at least in some energy domain), with still open questions, related, for example, to strong disagreement between the various data. We have tried as much as our computing resources and allowed it to produce results with controlled convergence. These investigations were carried out in a very wide, up to three decades, energy domain with same collision description (i.e. same basis sets), which brought continuity and coherence on the predictions and the interpretations of the results and of the underlying mechanisms giving rise to the processes considered.


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