Том 38, номер 05, статья № 2

Аннотация:

Представлены результаты расчета десяти нижних колебательных уровней энергии 24 стабильных изотопологов диоксида серы. Вычисления проведены на основе ab initio функции потенциальной энергии основного изотополога ³²S¹⁶O₂, теории возмущений Рэлея–Шредингера высоких порядков и суммирования рядов методом Паде–Эрмита. Проведен численный анализ рядов теории возмущений, который показал, что они монотонно сходятся, но для получения энергетических уровней некоторых колебательных состояний с погрешностью менее 1 см^-1 необходимо учитывать поправки 3–6-го порядков. Квадратичные аппроксиманты Паде–Эрмита дают уровни энергии, совпадающие с высокой точностью с результатами численной диагонализации матрицы гамильтониана. Предложена поправка для вычисления изотопических сдвигов, дающая среднеквадратичное совпадение с экспериментальными и расчетными данными других авторов 1,1 см^-1. Результаты расчетов можно использовать для решения различных задач атмосферной спектроскопии, астрофизики, геохимии и других областей науки, связанных с анализом спектров изотопозамещенных молекул.

Ключевые слова:

SO2, колебательные уровни, изотопологи, теория возмущений

Список литературы:

1. Быков А.Д., Воронин Б.А., Дударенок А.С., Половцева Е.Р. Сдвиг колебательных полос при изотопозамещении в молекулах // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 4. С. 237–244. DOI: 10.15372/AOO20210401.
2. Goodson D.Z., Sergeev A.V. On the use of algebraic approximants to sum divergent series for Fermi resonances in vibrational spectroscopy // J. Chem. Phys. 1999. V. 110. P. 8205–8206. DOI: 10.1063/1.478722.
3. Marshall L.R., Schmidt A., Schurer A.P., Abraham N.L., Lücke L.J., Wilson R., Anchukaitis K.J., Hegerl G.C., Johnson B., Otto-Bliesner B.L., Brady E.C., Khodri M., Yoshida K. Last-millennium volcanic forcing and climate response using SO₂ emissions // Clim. Past. 2025. V. 21. P. 161–184. DOI: 10.5194/cp-21-161-2025.
4. Шарыбкина К.К., Науменко О.В. Колебательные уровни энергии изотопологов диоксида серы // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 7. С. 554–562. DOI: 10.15372/AOO20240703; Sharybkina K.K., Naumenko O.V. Vibrational energy levels for sulfur dioxide isotopologues // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 5. P. 593–604.
5. Быков А.Д., Воронин Б.А. Изотопический сдвиг колебательно-вращательных линий SO₂ // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 11. С. 869–873. DOI: 10.15372/AOO20231101; Bykov A.D., Voronin B.A. Isotopic shifts of vibrational-rotational lines of SO₂ // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 1. P. 7–13.
6. Ĉižek J., Špirko V., Bludsky O. On the use of divergent series in vibrational spectroscopy. Two- and three-dimensional oscillators // J. Chem. Phys. 1993. V. 99. P. 7331–7336. DOI: 10.1063/1.465714.
7. Быков А.Д., Макушкин Ю.С., Улеников О.Н. Изотопозамещение в многоатомных молекулах. Новосибирск: Наука, 1985. 157 с.
8. Aliev M.R., Papousek D. Molecular Vibrational-Rotational Spectra. New York: Elsevier, 1982. 323 p.
9. Goodson D.Z. Resummation methods // WIREs Comput. Mol. Sci. 2012. V. 2. P. 743–761. DOI: 10.1002/wcms.92.
10. Duchko A.N., Bykov A.D. Resummation of divergent perturbation series: Application to the vibrational states of H₂CO molecule // J. Chem. Phys. 2015. V. 143, N 15. P. 154102. DOI: 10.1063/1.4933239.
11. Краснощеков С.В., Добролюбов Е.О., Сюаньхао Чан. Фундаментальный анализ сингулярных и резонансных явлений в колебательных полиадах молекулы дифторсилилена // Опт. и спектроскоп. 2020. Т. 128, вып. 12. C. 1795–1805.
12. Krasnoshchekov S.V., Dobrolyubov E.O., Syzgantseva M.A., Palvelev R.V. Rigorous vibrational Fermi resonance criterion revealed: Two different approaches yield the same result // Mol. Phys. 2020. V. 118, N 11. DOI: 10.1080/00268976.2020.1743887.
13. Dobrolyubov E.O., Ikonomov N.R., Knizhnerman L.A., Suetin S.P. Rational Hermite–Padé approximants vs Padé approximants // arXiv: 2306.07063v2[math.cv]. 2023.
14. Krasnoshchekov S.V., Efremov I.M., Polyakov I.V., Millionshchikov D.V. Systematic ab initio calculation of spectroscopic constants for A-reduced rotational effective Hamiltonians of asymmetric top molecules using normal ordering of cylindrical angular momentum operators // J. Chem. Phys. 2024. V. 161. P. 234105. DOI: 10.1063/5.0239949.
15. Dobrolyubov E.O., Polyakov I.V., Millionshchikov D.V., Krasnoshchekov S.V. Vibrational resonance phenomena of the OCS isotopologues studied by resummation of high-order Rayleigh–Schrödinger perturbation theory // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2024. V. 316. P. 108909. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2024.108909.
16. Суетин С.П. Асимптотические свойства полиномов Эрмита–Паде и точки Каца // Успехи математических наук. 2022. Т. 77, вып. 6(468). DOI: 10.4213/rm10083.
17. Wang M., Audi G., Kondev F.G., Huang W.J., Naimi S., Xu X. The Ame2016 atomic mass evaluation (II). Tables, graphs and references // Chinese Phys. C. 2017. V. 41, N 3. P. 030003. DOI: 10.1088/1674-1137/41/3/030003.
18. Huang X., Schwenke D.W., Lee T.J. Empirical infra red line lists for the SO₂ isotopologues: ^32/33/34/36S¹⁶O₂ and ³²S¹⁸O₂ // J. Mol. Spectrosc. 2015. V. 311. P. 19–24. DOI: 10.1016/j.jms.2015.01.010.
19. Polyansky O.L., Kyuberis A.A., Lodi L., Tennyson J., Yurchenko S.N., Ovsyannikov R.I., Zobov N.F. ExoMol molecular line lists XIX: High-accuracy computed hot line lists for H₂¹⁸O and H₂¹⁷O // Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 2017. V. 466, N 2. P. 1363–1371. DOI: 10.1093/mnras/stw3125.
20. Voronin B.A., Tennyson J., Yurchenko S.N., Chesnokova T.Yu., Chentsov A.V., Bykov A.D., Makarova M.V., Voronina S.S., Cruz F.C. The infrared absorption spectrum of radioactive water isotopologue H₂¹⁵O // Spectrochim. Acta Part A: Mol. Biomol. Spectrosc. 2024. V. 311. P. 124007. DOI: 10.1016/j.saa.2024.124007.