由局域非谐振动驱动的化学与核催化

在具有足够非谐性的多体非线性系统中，一种特殊的晶格振动，即局域非谐振动（Localized Anharmonic Vibrations, LAV），可以通过热激发或外部触发被激发，其中原子振荡的振幅大大超过决定系统温度的谐振荡（声子）的振幅。LAV 的相干性与持续性由于反应位点的时间周期调制，可能对化学与核反应速率产生剧烈影响。一个例子是：由于在 LAV 附近势垒高度的时间周期调制，由热激活“跳跃”越过反应势垒所驱动的化学反应速率被强烈加速。在足够低的温度下，反应速率由穿过势垒的量子隧穿控制，而非经典的越过势垒。对于具有时间周期本征频率的抛物势阱，当调制频率超过本征频率约 2 倍（参数区（parametric regime））时，展示了势垒下透明度的巨大增加。这种区可在金属氢化物/氘化物（如 NiH 或 PdD）中 LAV 附近的氢或氘原子处实现。我们给出了非稳态谐振子的薛定谔方程的解析解，详细分析了该参数区，并讨论了其在隧穿效应和 PdD 晶格中 D-D 聚变中的应用。我们得到了由参数调制引起的零点振荡（ZPO）振幅和能量增加的简单解析表达式。基于此，在考虑了晶格振动导致库仑势垒抑制的 Schwinger 模型框架下，我们证明了 D-D 聚变速率随调制周期数增加而急剧增大。