氢键系统中孤子偶与杂质相互作用研究

"这篇论文是2009年发表在《湖北大学学报(自然科学版)》第31卷第4期的科学研究，主要探讨了氢键系统中孤子偶与杂质相互作用的问题。作者成元发和黄亮通过集合坐标方法和新的二分量孤子模型，分析了在氢键系统中，当存在杂质时孤子偶的行为特征。他们得出了孤子偶在杂质区域的运动方程和入射速度的一般表达式，并对比了吸引型和排斥型两种不同类型的杂质对孤子偶运动特性的影响。该研究对于理解氢键系统中质子转移和孤子动力学有重要意义，特别是在涉及蛋白质、DNA等生物大分子的氢键结构时。" 论文详细内容展开： 在氢键系统的研究中，氢键作为基本的化学键，对许多晶体和高分子材料的结构起着关键作用。在生物系统中，如蛋白质和DNA，氢键更是生命活动的基础。然而，实际系统中常常存在杂质或侧基，这会破坏氢键链的均匀性。因此，研究孤子（由质子在氢键桥中转移形成）与杂质的相互作用至关重要。 论文采用了一个新的二分量孤子模型，其中系统的哈密顿量(Hamiltonian)由三部分组成：质子子晶格的哈密顿量、电子的哈密顿量以及质子与电子间的相互作用哈密顿量。哈密顿量中的各项分别描述了质子的位移、动量、相邻质子间的强关联效应，以及双阱势能等。双阱势能模型化了质子可能存在的两种稳定状态，反映了氢键的动态性质。 通过集合坐标方法，作者求解了孤子偶在杂质区的运动方程，给出了入射孤子偶速度的一般表达式。他们特别关注了两种不同类型的杂质——吸引型和排斥型杂质，对孤子偶运动特性的影响。吸引型杂质可能会导致孤子偶被吸引并改变其运动轨迹，而排斥型杂质则可能使孤子偶受到斥力，改变其速度和方向。 这项工作对于深入理解氢键系统中孤子的动态行为以及杂质对这些行为的影响提供了理论基础。这不仅有助于揭示氢键系统的基本物理过程，也为设计和控制含有氢键的材料，如药物分子、生物大分子的结构和功能提供了理论指导。同时，这一研究方法也对其他复杂量子系统中的孤子现象研究具有借鉴价值。