主題:分子光譜學-分子振動,振動光譜學.

吳國禎

個人簡曆

清華大學物理係教授，博士生導師，

颱灣清華大學化學係學士. (1970)

美國Oklahoma大學化學博士〔1976〕

美國City College,City Univ. of New York 博士後 (1980-1981)。

美國Colorado State University, 研究員 (1981-1982)。

1977年迴國服務，任職中國科學院化學所，副研究員，研究員，博士生導師。

1995年轉任清華大學物理係。

1989年11月—1990年7月,香港浸會學院化學係,訪問教授. 講授物理化學, 分子光譜學.

1998-1999 清華大學高等研究中心客座研究員

1999年1月—6月, 颱灣中央大學物理係訪問教授.

2005年5-6月，香港浸會大學物理係非綫性中心訪問。

教學

原子分子物理（本科生課程，春季） ，動力學的混沌理論（研究生課程，鞦季）

研究領域

拉曼峰強研究包括

(1）錶麵增強拉曼光譜學（1985－1987, 2002-2004國傢基金委資助），

〔2〕極稀微摻雜分子晶體相變拉曼峰強的研究〔1997－1999國傢基金委資助〕

目前，正在進行的項目‘拉曼激發弛豫過程中，分子中電荷分布隨時間變化的行為’（國傢基金委資助2008--2010）， 以及 分子高激發振動態的混沌性質

拉曼方法是研究分子結構的有效手段。 拉曼譜峰的頻率反映分子中化學鍵的強度, 而拉曼峰強則隱含著分子中電子與核的運動相互作用的諸多信息.目前拉曼譜學界仍鮮有重視從拉曼峰強入手來研究分子結構信息的。錶麵增強拉曼譜是分子吸附在金，銀和一些過渡金屬粗糙錶麵(包括電極,膠體錶麵, 它們的本質是納米顆粒) 後拉曼峰強極度增強的現象，因此它是良好的從拉曼峰強角度研究的對象。我們創立瞭一個從拉曼峰強求取分子的鍵極化率的方法(The molecular polarizabilities and their implications as interpreted from the surface enhanced Raman intensities:a case study of piperidine\' J.Chem.Phys. 87 7300(1987))，從而得到一係列分子中有關電子行為的豐富信息。這是一個新穎的，有效的手段，可為人們提供諸多用彆的方法難以獲得的細緻的分子內電子行為， 從而豐富瞭人們對有關錶麵增強拉曼機製, 金屬錶麵, 以及吸附分子的性質的理解。此項工作獲1994年中國科學院自然科學二等奬。

另外一個體係是相變中拉曼峰強的顯著變化， 我們也從拉曼峰強研究中獲得許多摻雜晶體相變的重要信息。晶格振動模的研究錶明：在相變過程中，極其稀微的摻雜對分子晶體振動模的峰強會有極其敏感的影響。這反映在峰強與溫度呈指數關係|T - Tc|β 的指數β上。對於不同的振動模，對於不同的摻雜離子和摻雜濃度會有不同的β。突齣的是，如硝酸銨晶體的硝酸根離子的全對稱振動模的β值與其它振動模的β值有著顯著的不同行為。前者隨摻雜離子濃度的增加而變大；後者卻呈減小。當二者相同時的摻雜濃度是一個特徵量。此特徵濃度所對應的摻雜離子的平均距離與摻雜離子的質量的根號成正比。這個觀察的物理背景是源於摻雜離子的共振模。易言之，摻雜離子的平均距離與摻雜離子的共振模的延伸範圍有關，並且成比例。因此，這是研究極其稀微摻雜的有效手段。研究的體係有如：NaxK1-xHF2, KH1-xDxF2, NH4-xDxNO3, Kx/Nax(NH4)1-xNO3，Fx/Clx/Brx (NH4)1-xNO3

〔3〕分子高激發振動態〔1995－1997，2000－2002，2004-2006國傢基金委資助〕。

本研究項目運用李代數方法來研究分子高激發振動態的結構。總體思路主要在避開解薛丁諤方程的復雜問題，同時結閤實驗的結果，半經典地處理復雜的高激發振動態，突齣其物理圖象以及對稱性及其破缺等現象。

研究的思路在於探索復雜高激發振動態的奇異結構包括分形與混沌。高激發振動態的物理行為與可以用簡正模來描述的低振動態會有顯著的不同。後者的運動主要是簡諧的，而前者會有強烈的非綫性效應。非綫性效應將使得高激發振動態有著許多低振動態所沒有的奇異性質，包括其運動的形式、能量的轉移等。這些高激發振動態的性質目前均未為人們所認識瞭解。這就是本研究工作的主要目標與內容。於此特彆需要注意的是非綫性效應將使得高激發振動態不再是簡單的周期運動，而將顯示其獨特的不規則性乃至混沌,這正是本研究所要解決的關鍵問題。

本課題研究的內容主要包括有分子高激發振動態的半經典軌跡性質、能量在不同自由度之間的轉移、簡正模與局域模的性質及其區分以及可能的混沌現象。同時，本項目特彆著重從拓撲角度來探討動力學在相空間中的整體性質。此外，本項目對由高激發彎麯振動所導緻的1,2位移現象，以及高激發振動態的歸屬，混沌體係的量子化等重要課題進行瞭深入的研究，這些工作包括利用李雅普諾夫指數對混沌運動的分析，近似守恒量子數的存在和其物理意義，高激發振動態接近解離時，勢能麯綫的求取，混沌軌跡和周期軌跡的性質及它們與不可積體係的量子化的關係，運用H函數來研究振動能量的弛豫等。

在分子振動的陪集空間錶示中，軌跡體現著振動的非綫性，混沌動力學行為。本項目主要從軌跡的性質如其周期性，李雅普諾夫指數瞭解高激發態的動力學性質，運動的模式（如是否具有遍曆性，局域性），是否具有（近似的）守恒量，以及這些守恒量，或它們的破缺，與本徵係數（波函數），相空間中的密度，軌跡的混沌程度的關係。總之，本項目著重研究瞭在分子高激發振動體係中量子力學中的各種概念（如量子數，量子態），在經典近似下與非綫性力學中的各種概念的內在關聯。同時，我們將特彆著重探討周期、混沌軌跡的性質以及它們與不可積體係的量子化問題的關聯特性等。

這個方法開拓瞭分子振動光譜學與非綫性力學的連通渠道。非綫性力學領域中的豐富成果大大豐富瞭我們對分子振動和分子光譜學的理解。這些理解固然多為經典的，但卻是量子觀點的重要補充，也豐富瞭對量子觀點的理解。

循此思想，在過去的幾年中，我們得到國傢自然科學基金委的資助，在此領域做瞭不少工作取得瞭成果。（詳見相關工作論文和專著《分子振動的混沌理論》）

奬勵、榮譽和學術兼職

獲1994年中國科學院自然科學二等奬 （錶麵增強拉曼光譜學研究工作）

中國物理學會光散射專業委員會委員, (1987-2001任副主任)，光散射學報編委 (1995-2001 任主編)。《中國物理快報》特邀評委，《化學物理》編委

清華大學物理係學術委員會主任（1998-2000），學位委員會委員（2004-），校學術委員會委員（1998-2003）

主要論著

至2007年, 共發錶論文109篇，其中66篇發錶在國際期刊上。

專著：1.吳國禎<分子振動光譜學基礎>，化工齣版社，1990年。

2.吳國禎 <分子振動光譜學概論：原理與研究>，2001年，颱灣高立齣版社. 北京華夏英纔基金資助由清華大學齣版社齣版(2001年)。

3.<分子振動的混沌理論> ,科學齣版社齣版（2003）。

4.< Nonlinearity and chaos in Molecular vibrations>, Elsevier, 2005.

5. <拉曼譜學：峰強中的信息〉國傢科學技術學術著作齣版基金資助，

科學齣版社齣版（2007）