Mavjudligi hozirgacha faqat nazariy tortishuvlar mavzusi bo'lgan ekzotik molekula nihoyat Shtutgart universiteti (Universität Stuttgart) dan Vera Bendkovskiy boshchiligidagi xalqaro olimlar jamoasi tomonidan qo'lga kiritildi. Ochilish yangi mustahkamlashdir kvant nazariyasi elektronlarning harakatini tavsiflaydi normal sharoitlar.

Yangi molekula ikkita rubidiy atomidan “yaralgan” edi, ulardan biri oddiy atom, ikkinchisi esa Ridberg atomi edi. Bu uning tashqi qobig'idagi elektronlardan biri juda qo'zg'aluvchan holatda bo'lganligini anglatadi.

Ridberg atomlarining o'zi noodatiy ob'ektlardir. Ular elektron qobiq ma'lum bir to'lqin uzunligi bo'lgan lazer nuriga ta'sir qilganda olinadi. Oddiy qilib aytganda, Ridberg atomining elektronlaridan biri yadrodan boshqa har qanday atomdagi elektronlardan ancha kattaroq masofada uzoqlashadi, ammo shunga qaramay, u bilan bog'lanishda davom etadi.

Kolorado universitetining nazariy fizigi Kris Grin va uning bir qator hamkasblari 1970-yillarda Ridberg va oddiy atomlar molekulalarni hosil qilish uchun o'zaro ta'sir qilishini bashorat qilishgan. Ammo bu o'zaro ta'sirni ta'minlovchi elektron o'zining asosiy atomidan juda uzoqda bo'lgani uchun, natijada kimyoviy bog'lanish- g'ayrioddiy zaif, shuning uchun normal sharoitda Ridberg molekulasi mavjud bo'lolmaydi.

2000 yilda bir guruh tadqiqotchilar, jumladan, Kris Grin, diatomik Ridberg rubidiy molekulasining konfiguratsiyasini hisoblab chiqdi va uni tashqi elektron qobig'ining grafik tasviri qadimgi mavjudot bilan o'xshashligi sababli uni trilobit deb atashdi. Chapdagi rasm kosmosning ma'lum bir nuqtasida tashqi valentlik elektronini topish ehtimolini aks ettiruvchi ushbu fazoviy grafikni ko'rsatadi va o'ngda siz trilobitning o'zini ko'rishingiz mumkin (Grin, Dikkinson, Sadegpurning rasmi, Koloradodan olingan rasm. ta'lim).

Nihoyat bunday ekzotik molekulani yaratish uchun atomlarni mutlaq nolga yaqin haroratgacha sovutish texnikasini mukammallashtirish uchun ko'p yillar kerak bo'ldi.

Bendkovski va uning hamkasblari aynan shunday qilishgan. Vera tushuntiradi: "Atom yadrolari bir-biridan to'g'ri masofada joylashgan bo'lishi kerak, shunda elektron maydonlar bir-birini "topadi" va o'zaro ta'sir qila boshlaydi. Biz rubidiyning ultra sovuq bulutidan foydalandik, unda harorat pasayganda, gaz atomlari yaqinlashib, yaqinlashdi.

Olimlar lazer yordamida bu atomlarning bir qismini Ridberg holatiga aylantirdilar. Nolga juda yaqin haroratda bu "kritik masofa" 100 nanometrga yaqin edi.

Molekulani tashkil etuvchi ikki atom orasidagi bu masofa odatdagidan taxminan 1000 marta kattaroqdir (o'nlab va yuzlab pikometrlar). Bu bilan ham ajablanarli emas mutlaq nol Ridberg molekulalari juda beqaror. Tajribada olingan eng uzoq umr ko'rish 18 mikrosekund davom etdi.

1934-yilda buyuk Fermi, agar bitta atom "ayyor" elektronga duch kelsa, u bilan o'zaro ta'sir qilishi mumkinligini bashorat qilgan edi. Ammo Fermi shunday o'ta zaif bog'lanishga ega molekula hosil qilishgacha bormadi, deb tushuntiradi Grin.

Tajriba tafsilotlarini sahifada topishingiz mumkin

Ridberg ta'kidlaydi- atomlar, ionlar va molekulalarning asosiy qiymatlari katta bo'lgan holatlari n(juda hayajonlangan holatlar). Birinchi marta eksperimental ravishda o'rgangan J. R. Rydberg sharafiga nomlangan atom spektrlari chegara yaqinida.

R. s. atomlar va ionlar juda kichik (atomik miqyosda) ionlanish bilan tavsiflanadi. potentsiallar, uzoq umr ko'rish (chunki ulardan radiatsiyaviy kvant o'tish ehtimoli kichik) va juda qo'zg'aluvchan (Rydberg) elektronning orbitalarining katta radiuslari. R. s. vodorod atomining holatlariga o'xshaydi. Qoʻshni R.lar oʻrtasidagi oʻtishlar. radio diapazonida. Katta ahamiyatga ega P R.ning sahifa tavsifiga murojaat qilish imkonini beradi. yarim klassik yaqinlashtirish va ular uchun klassik tushunchalardan foydalanish. mexanika. Orbitalarning katta oʻlchamlari va Rydbert elektronining past bogʻlanish energiyalari R. ning yuqori sezuvchanligini aniqlaydi. elektr ta'siriga. va magn. maydonlar va katta effekt. R. larda atomlarning oʻzaro taʼsirining koʻndalang kesimi. zaryadlangan zarralar bilan.

Jadvalda. 1 asosiy qiymatlarni ko'rsatadi. R.larda joylashgan atomlar va atom ionlarining xarakteristikalari.

Tab. 1.

Tizimli R. bilan birga oʻqiydi. boshidanoq mumkin bo'ldi. 1970-yillar muvaffaqiyatga rahmat lazer spektroskopiyasi, bu laboratoriyada kashf qilish imkonini berdi. bilan R.ning shartlari. ga ~ 300 bilan, shuningdek, radio astronomiya, R. bilan yulduzlararo bulutlarda yutilish chiziqlari topilganligi sababli. ga 700 dan.

Atomlarning Ridberg holatlarining to'lqin funktsiyalari va energiyalari. to'lqin funktsiyalari R. s. yaxshi aniqlik bilan Rydberg elektronining to'lqin funktsiyalari va qolgan atom tizimining mahsuloti sifatida ifodalanishi mumkin - atom qoldig'i. R. larda atomning xossalari. asosan yuqori qoʻzgʻaluvchan elektronning toʻlqin funksiyasi bilan aniqlanadi, yaʼni oʻziga xos qiymat. funktsiya:

impuls operatori qayerda, U(r) - Ridberg elektronining atom yadrosi bilan o'zaro ta'sirining potentsial energiyasi. Masofalarda r dan elektron atom yadrosi, atom qoldiqlarining ko'p katta o'lchamlari, U(r) Kulon potensialiga aylanadi: U(r) = Ze 2 / r.

Energiya R. s. izolyatsiya Ionlanish chegarasidan hisoblangan atomlar Ridberg formulasi bilan aniqlanadi:

Qayerda M- atom qoldig'ining massasi, - kvant nuqsoni, zaif bog'liq n va orbital kvant soni uchun l> 2 o'sish bilan juda tez kamayadi l. uchun qadriyatlar S-, P- Va D- atomlarning holati ishqoriy metallar jadvalda keltirilgan. 2.

Tab. 2.

Ehtimollar tarqaladi. atomning R. larda kvant oʻtishlari. o'sishi bilan tez tushadi P Va l. Izolyatsiya uchun R. larda atom. ma'lumotlar bilan ha va l muddat . Agar atomlarning taqsimlanishi ustidan l termodinamik muvozanat [~(2l + 1)], keyin emissiya qilish ehtimoli. bilan R. oʻrtasidagi oʻtishlar. Bilan n Va n" Kramers formulasi bilan aniqlanadi (20% dan kam xato bilan):

ionlanish chegarasidan hisoblangan daraja energiyalari qayerda. Chorshanba ma'lum darajadan boshqa barcha energiya darajalariga o'tish ehtimoli, qarang. Ushbu darajadagi tizimning ishlash muddati.

Ridberg elektr maydonini ta'kidlaydi asosan statsionar emas - atom maydon bilan ionlanadi. Biroq, zaif maydonlar uchun autoionlanish ehtimoli ( maydon ionlanishi) eksponentsial kichik va R. s. kvazstatsionar deb hisoblash mumkin. Elektrda maydonda, yuqori darajada hayajonlangan energiya darajalari Starkning bo'linishi va siljishini boshdan kechiradi (2-rasmga qarang). Stark effekti), ularning to'lqin funktsiyalari to'g'ri. Gamiltonian funktsiyalari:

Qayerda H0 maydon bo'lmaganda atomning Gamiltonian (1) dir. Agar potentsial energiya U(r) kulon xarakteriga ega (ya'ni, H 0 vodorodga o'xshash ionning Gamiltonianidir), keyin Gamiltonian (4) ga mos keladigan Shredinger tenglamasi parabolaga bo'linadi. koordinatalar. Magnitning proyeksiyasi maydon yo'nalishi bo'yicha moment hali ham harakatning ajralmas qismidir. Qo'zg'alish nazariyasining ikkinchi tartibigacha ionlanish chegarasidan o'lchanadigan statsionar holatlarning energiyasi quyidagicha ifodalanadi:

(n 1, n 2- parabolik. shartni qondiradigan kvant raqamlari: n 1 + n 2 + 1 = n - t, t- magn. kvant soni). Perturbatsiya nazariyasi tartibining fe-ro ifodasi . Formula (5) R. uchun ham amal qiladi. vodorodga o'xshash bo'lmagan atomlarda, agar Starkning bo'linish shkalasi ikkinchi shart bilan aniqlangan bo'lsa, turli xil holatlar o'rtasidagi energiya farqidan oshsa. . Shaklda. Misol sifatida 1 Li ning elektrdagi daraja diagrammasi ko'rsatilgan. maydon.

Guruch. 1-rasm. n ~ 15 (|m| = 1) uchun elektr maydonidagi Li atomining energiya darajalari sxemasi..

Elektr ionlanish ehtimoli. R.da vodorodga oʻxshash atomlar maydoni. asimptotik tarzda aniqlanadi. f-loy:

R. larda atomning ionlanish ehtimoli. elektr tokining intensivligi keskin ortadi. dalalar E qiymatga yaqinlashadi , bunda klassika doirasida avtoionizatsiya mumkin. mexanika.

Ridberg magnit maydonidagi holatlar. Odatdagidek zaif hayajonlangan holatlardan farqli o'laroq, ular uchun asosiy rolini paramagnet o'ynaydi. atomning magnit bilan o'zaro ta'siri. maydon (qarang Zeemapa effekti, Pashen - Baka effekti), R. larda atomlar uchun. muhim rol diamagnet o'ynaydi. p. R. s ortishi bilan juda tez oʻsadigan oʻzaro taʼsir. magn. maydon Gamilton tomonidan tasvirlangan:

Qayerda L va S - mos ravishda atomning umumiy impulsi va spini, IN- magn. induksiya, Bor magnitoni, Ridberg elektronining radius vektori bilan magnit maydon vektori orasidagi burchak. dalalar. Ikkinchi atama paramagnetik, uchinchisi - diamagnit o'zaro ta'sirlarni tavsiflaydi. R. s uchun. diamag. o'zaro ta'sir yuqori darajaga ko'tariladi P hal qiluvchi kuchga aylanadi. Zaif maydonlarda rolni ikkinchi muddat o'ynaydi, bu sifat jihatidan zaif qo'zg'aluvchan holatlar bilan bir xil bo'lgan xarakterli qiymatga ega bo'lgan m-komponentlarga bo'linishni beradi. Maydon kuchi ortishi bilan diamagnetning hissasi ortadi. holatlarni bir xil bilan bog'laydigan o'zaro ta'sirlar m l Va . [4p holati uchun ( t = 1) vodorod atomi diagrammasida. va paramagn. o'zaro ta'sirlar mos keladi B = 2*10 7 Gs.] Kvant raqamlari bilan har bir daraja P Va T komponentga bo'linadi. Maydon kuchining yanada ortishi bilan darajalar har xil P va magndagi vodorod spektri. maydon (2-rasm) elektrdagi atomning spektriga o'xshash bo'ladi. maydon. O'ta kuchli dalalar bo'lsa, asosiy magnit bilan o'zaro ta'sir o'ynaydigan rol. dala va R. s. Landau shtatlari (qarang Landau darajalari), Kulon o'zaro ta'sirini keyin buzilish deb hisoblash mumkin.

Guruch. 2. Magnit maydondagi Ridberg holatlaridagi H atomining energiya darajalari sxemasi (m = 1, juft holatlar).

Ridberg holatidagi atomlarning zaryadlangan zarralar bilan o'zaro ta'siri. Eff. R.larda joylashgan atomlardagi kvant oʻtishlarining boʻlimlari s. zaryadlangan zarralar (elektronlar, ionlar) bilan to'qnashuvda ular geom kabi o'sadi. ~n 4-bo'lim. Kichkina o'tish uchun asosiy rol o'ynaydi uzoq masofali dipol o'zaro, qaysi olib keladi , va yuqori energiyalarda ext. zarracha energiyasiga bog'liqlik omil (kvant logarifmi!) bilan beriladi. O'sish bilan qisqa masofali o'zaro ta'sir tobora muhim rol o'ynay boshlaydi, bu esa to'qnashuv jarayonida atom qoldiqlari maydonini e'tiborsiz qoldirishga va to'qnashuvning o'zini klassika doirasida ko'rib chiqishga imkon beradi. mexanika. Ushbu yondashuv klassik deb ataladi ikkilik yaqinlashish, olish imkonini beradi ; yuqori energiyalarda. Born yaqinlashuvida elektronlar bilan to'qnashuvdagi o'tish kesimi f-loy (3) bilan aniqlanadi:

Funktsiya uchun n = 100 jadvalda keltirilgan. 3.

T a b l. 3.

bilan R. oʻrtasidagi oʻtishlar. elektronlar bilan to'qnashuvda DOS bo'ladi. qo'shimcha (Dopplerga qo'shimcha ravishda) noelastik kengayishiga olib keladi rekombinatsiya radio aloqalari bir qator astrofizikadan kuzatilgan. ob'ektlar (sayyora tumanliklari, yulduzlararo muhit, NI zonalari va boshqalar).

To'qnashuvda. bilan R. oʻrtasidagi oʻtishlar. xuddi shu bilan P asosiy ionlar odatda rol o'ynaydi. Naib. dipol o'zaro ta'siri tufayli qo'shni sathlar orasidagi o'tishlar uchun tasavvurlar katta. Ular kattalik tartibi yoki geomadan yuqoriroqdir. Bo'lim

Ridberg holatidagi atomlarning neytral atomlar bilan o'zaro ta'siri. Agar P etarlicha katta bo'lsa, u holda R. larda atomlarning o'zaro ta'siri jarayonining kesimi. neytral atomlar bilan neytral atomdagi erkin elektronning sochilish amplitudasi va musbat zaryadlangan atom yadrosidagi atomning sochilish amplitudasi bilan ifodalanadi. Masalan, neytral atomlar bilan oʻzaro taʼsir natijasida sahifaning R.. bezovta qiluvchi zarrachalar konsentratsiyasiga mutanosib ravishda kengayish va siljishni boshdan kechiradi N:

koeffitsienti elektronning atomga elastik sochilishining amplitudasi va neytral atomning atom yadrosi bilan o'zaro ta'siri parametrlari bilan ifodalanadi va etarlicha katta. P doimiylikka intiling; oraliq mintaqada ularning xatti-harakati juda murakkab bo'lishi mumkin va bezovta qiluvchi zarralarning muayyan turiga bog'liq. R.dagi Cs atomlari uchun, masalan, Ar atomlari tomonidan asimptotik tarzda bezovtalanadi. qadriyatlar,; agar bezovta qiluvchi atomlar Cs atomlari bo'lsa, u 20 marta va 2 marta kattalashadi. Asimitotik koeffitsient qiymatlari. da inert gazlar atomlari bilan o'zaro ta'sirlashganda va ishqoriy metallar atomlari bilan o'zaro ta'sirlashganda erishiladi. R. larda atomlarning oʻzaro taʼsirining boshqa jarayonlari kesimlarining harakati. neytral atomlar bilan (l ga nisbatan holatlarni aralashtirish, disorientatsiya va boshqalar) kengayuvchi tasavvurlar harakati bilan sifat jihatidan o'xshashdir.

Laboratoriya tajribalari. R. s. laboratoriyada sharoitlar ko'pincha atomning asosiydan qo'zg'alishi natijasida hosil bo'ladi. bir yoki bir nechta holat. yuqori intensivlikdagi yorug'lik nurlari (hech bo'lmaganda qo'zg'alishning birinchi bosqichida - nasos). Nasos uchun odatda N 2 lazer yoki neodimiy shisha lazerning ikkinchi (uchinchi) harmonikasi ishlatiladi. bilan R.ni qabul qilish. berilgan kvant raqamlari bilan n, l, t, ikkinchi bosqichda atom tizimi kuchli sozlanishi bo'yoq lazerlarining nurlanishidan hayajonlanadi.

bilan R.ni roʻyxatdan oʻtkazish uchun. maks. floresan usuli va elektr ionlash usuli keng qo'llanilgan. maydon. Floresan usuli atomning R. dan oʻtishlari paytidagi yorugʻlikning kaskad emissiyasini tahlil qilishga asoslangan. Ushbu usul selektivdir, ammo bu holda ko'rinadigan hududda aniqlangan nurlanishning intensivligi past bo'ladi. R.ning sahifa boʻyicha tadqiqotlari uchun, qoida tariqasida, lyuminestsent usuli qoʻllaniladi. Bilan P< 20.

Ionlash usulida elektr. maydon R. larda atomning ionlanishi natijasida chiqarilgan elektronlarni qayd qiladi. elektr tokiga ta'sir qilganda. dalalar. Bunday holda, selektivlik ionlanish ehtimolining kvant raqamlariga o'ta keskin bog'liqligi bilan ta'minlanadi. P Va T. Ko'pincha, bu usul vaqt bilan hal qilingan rejimda qo'llaniladi: R. ning impulsli qo'zg'alishdan keyin. arra tishli elektr impulsi qo'llaniladi. dalalar. Har bir R. s. vaqt ruxsat etilgan ionlashda. signal maydon yoqilgan paytdan boshlab qat'iy belgilangan vaqtdan keyin cho'qqisini beradi. Usul soddaligi, yuqori sezuvchanligi bilan ajralib turadi va lyuminestsent usuldan farqli oʻlaroq, R.ning sahifani oʻrganishida ayniqsa samarali. katta bilan P ionlash uchun yuqori kuchlanish talab etilmaganda. dalalar.

R. larda atom va ionlarning spektrlari. farq. usullari. An'anaviy multimodli lazerlar yordamida Doppler darajasining kengligi tartibining spektral o'lchamlariga erishiladi, bu radioaktivlikni o'rganish imkonini beradi. Bilan. Agar ko'proq kerak bo'lsa yuqori aniqlik, keyin bir necha MGts ruxsat beruvchi kesishgan atom lazer nurlari usuli yoki chiziqli bo'lmagan lazer spektroskopiyasi usullari qo'llaniladi. Masalan, ikki fotonli spektroskopiya usuli bilan KHz tartibli rezolyutsiyaga ega spektr olingan. Qoʻshni R.lar orasidagi intervallar qiziq boʻlgan hollarda usullar qulayroqdir. radiospektroskopiya,, kvant zarbalari va satrlarni kesish (qarang Davlat aralashuvi). Radiatsiya chastotasini R. s. orasidagi o'tish chastotasiga o'rnatish o'rniga, berilgan tashqi. chastota maydoni R. s tomonidan sozlanishi mumkin. Bunday holda, R. s. zaif mikroto'lqinli signalni kuchaytirishga ruxsat bering. Ushbu usul millimetr oralig'ida sezgirlikni oldi; sezgirlikning yana 2 darajaga oshishini kutish uchun asos bor.

R. larda atomlar bilan oʻtkazilgan tajribalar alohida qiziqish uygʻotadi. rezonatorlarda. Uchun n~ R.. lar orasidagi 30 ta oʻtish. millimetr oralig'ida yotadi, buning uchun juda yuqori bo'lgan rezonatorlar mavjud. Shu bilan birga, elektr ta'siri R. larda atomlardagi maydonlar. masalan, molekulyar aylanishga qaraganda ancha sezilarli. energiya darajalari, shuning uchun R. s. yordamida. Birinchi marta 1950 va 1960 yillarda bashorat qilingan bir qator kvant effektlarini ko'rsatish mumkin bo'ldi: spontan nurlanishni bostirish. rezonatorda transkodlash, Rabi nutatsiyasi - bir fotonning maydonlari bilan o'zaro ta'siri, bir nechta uchun kooperativ Dik effektlari. atomlar (qarang ustunlik)va boshq. .

Ridberg davlatlarining astrofizik ilovalari. Birinchi kuzatishlar nurlanadi, R.lar orasidagi oʻtishlar. astrofiziklardan. ob'ektlar (chiziqlar va) SSSRda qilingan. gacha radioto'lqinlar orasidagi o'tishlarga mos keladigan radio emissiya chiziqlari kuzatiladi n~ 300 galaktikadan H II zonalari, sayyora tumanliklari, galaktikamizning markaziy hududlari va boshqa galaktikalar. He, He II, C II qatorlari ham topilgan. Asosiy R.ning sahifani shakllantirish mexanizmi. astrofiyada. ob'ektlar fotorekombinatsiya, shuning uchun radio emissiya chiziqlari deyiladi. rekombinatsiya ham. radio havolalari. R.lar orasidagi radio aloqalari. astrofiya tashxisida muhim rol o'ynaydi. ob'ektlar. Uchun P < 100 ширина таких линий обусловлена и позволяет судить о ионной темп-ре космич. плазмы. Для более высоких P elektronlar bilan to'qnashuvlar kengayishiga hissa qo'shadi va hokazo. elektronlar radio liniyalarining kengligidan ham baholanishi mumkin. Radio liniyalari intensivligi va kontinuum nisbati elektron haroratni beradi.

Yulduzlararo bulutlarda C II ioniga tegishli bo'lgan va radioto'lqinlar orasidagi o'tishlarga mos keladigan yutilish radio liniyalari topildi. Bilan P > 700.

Lit.: 1) R y d b e r g J. R., “Z. fizika. Chem., 1890, Bd 5, S. 227; 2) Atom va molekulalarning Ridberg holatlari, trans. ingliz tilidan, M., 1985; 3) Vainshteyn L. A., Sobelman I. I., Yuk o v E. A., Atomlarni qo'zg'atish va , M., 1979; 4) Nagoe he S., Raimond J. M., "Adv. Atomda. va Molec. Fizika, 1985, v. 20, p. 347; 5) Sorochenko R. L., Radio liniyalarining rekombinatsiyasi, kitobda: Kosmik fizika, 2-nashr, M., 1986 yil. I. L. Beigman,

Molekulalarning Rydberg holatlari. Moddaning yuqori qo'zg'aluvchan elektron holatlari, xuddi atom holatlari kabi, vodorod atomining bir qator holatlariga o'xshaydi. Molekulalarning Ridberg orbitallari bosh bilan belgilanadi P va orbital l kvant raqamlari va guruh turi molekula simmetriyasi(masalan, nsa 1 , npb 1). bilan R.ning energiyasi. (molekulyar ionlanish chegarasidan o'lchanadi) Ridberg f-halqasi (2) bilan aniqlanadi. Birinchi davr atomlaridan tashkil topgan molekula uchun kvant nuqsonining kattaligi nd-orbitallar juda kichik (0,1), uchun np-orbitallar biroz balandroq (0,3-0,5), va uchun ns-orbitallar ancha ko'p (0,9-1,2). bilan R.ning barqarorligi. molekulalar asosiyning barqarorligiga bog'liq. Ridberg elektronini olib tashlash natijasida hosil bo'lgan molekulyar ionning holati yoki past darajada qo'zg'aluvchan holati, chunki Ridberg orbitali, umuman olganda, bog'lanmaydi. Ionning barqarorligi elektronning bog'langan, bo'shashuvchi yoki bog'lanmagan molekulyar orbitaldan, bazisdan chiqarilishiga bog'liq. neytral molekula holati. Masalan, ish bilan ta'minlangan H 2 O uchun molekulyar orbitallar o'qda. eng yuqori holat - bog'lanmagan molekulyar orbital 1 b 1. Shuning uchun, asosiy H 2 O + ionining holati, bu orbitaldan elektronni olib tashlash natijasida, asosiy kabi barqarordir. H 2 O molekulasining holati: deyarli barcha R. s. H 2 O molekulalari asosiyga yaqinlashadi. H 2 O + ionining holati barqaror.

Agar elektron past yotqizilgan joydan yuqori molekulyar orbitalga o'tsa P, keyin hosil bo'lgan holatlar chaqiriladi subrydbergovskiy va. T. to. P past molekulyar orbitallar uchun aniq belgilangan kvant soni emas, sub-Rydberg holatlari R. dan kam farq qiladi. molekulalar, garchi sub-Rydberg orbitallari ham bog'lanishi mumkin.

R. s. molekulalar R.dan farq qiladi. atomlar Ch. arr. tebranishlar, aylanishlar va molekulaning ion yadrosining dissotsiatsiyalanish ehtimoli tufayli. Agar ion yadrosi hayajonlangan tebranishda bo'lsa. Bu holatda, Ridberg elektroni ion yadrosiga kirganda (bu juda kamdan-kam hollarda sodir bo'ladi), yadro bilan elastik bo'lmagan to'qnashuvni boshdan kechirishi va etarli kinetik energiyaga ega bo'lishi mumkin. tebranishlardan energiya. yadro energiyasi va molekulaning ionlanishiga olib keladi, deyiladi. tebranish avtoionizatsiyasi. Avtoionizatsiya jarayoni aylanish tufayli ham mumkin. Juda hayajonlangan R. s. molekulalar odatda shunchalik yaqin joylashganki, energetik. ular orasidagi interval bir xil tartibda yoki hatto tebranish kvantidan kamroq. yoki aylantiring. molekula energiyasi. Shuning uchun Bern-Oppengeymer yaqinlashuvida qabul qilingan elektron va yadro harakatlarini ajratish koʻpincha R. larda molekulalar uchun qoʻllaniladi. yaroqsiz holga keladi.

Lit.: Gertsberg G., Ko'p atomli molekulalarning elektron spektrlari va tuzilishi, trans. ingliz tilidan, M., 1969; Atomlar va molekulalarning Rydberg holatlari, ed. R. Stebbings, F. Danving, trans. ingliz tilidan, M., 1985. M. R. Aliyev.

Sahifaning joriy versiyasi hali tekshirilmagan

Sahifaning joriy versiyasi hali tajribali a'zolar tomonidan ko'rib chiqilmagan va 2018 yil 9 noyabrda ko'rib chiqilganidan sezilarli darajada farq qilishi mumkin; tekshirish talab qilinadi.

Ridberg atomlari(J. R. Rydberg nomi bilan atalgan) - vodorodga o'xshash atomlar va ishqoriy metallar atomlari, ularda tashqi elektron juda qo'zg'aluvchan holatda (darajagacha) n taxminan 1000). Atomni asosiy holatdan hayajonlangan holatga o'tkazish uchun u rezonansli lazer nuri bilan nurlanadi yoki RF razryad boshlanadi. Ridberg atomining o'lchami asosiy holatdagi bir xil atomning o'lchamidan deyarli 106 marta oshib ketishi mumkin. n = 1000 (quyidagi jadvalga qarang).

Radius orbitasida aylanuvchi elektron r yadro atrofida, Nyutonning ikkinchi qonuniga ko'ra, u kuchni boshdan kechiradi

Bu ikki tenglamadan elektronning holatdagi orbital radiusi ifodasini olamiz n :

Qayerda Ry = 13,6 eV Ridberg doimiysi, d esa yadro zaryadining nuqsoni bo'lib, u umuman olganda n ahamiyatsiz. O'rtasidagi energiya farqi n-m va ( n+1)-chi energiya darajalari teng

Atomning xarakterli kattaligi rn va elektron aylanishning tipik yarim klassik davri teng

dan o'tish paytida vodorod atomining emissiya to'lqin uzunligi n′ = 91 yoqilgan n = 90 3,4 sm ga teng.

Atomlar asosiy holatdan Ridberg holatiga qo'zg'atilganda, qiziqarli hodisa"dipol blokadasi" deb ataladi.

Ridberg atomlarining dipol blokadasini lazer nurlari bilan izchil nazorat qilish ularni kvant kompyuterini amaliy amalga oshirish uchun istiqbolli nomzodga aylantiradi. Ilmiy matbuotga ko'ra, 2009 yilgacha hisoblash uchun muhim bo'lgan ikki kubitli darvoza elementi eksperimental ravishda amalga oshirilmagan. Biroq, ikki atom o'rtasidagi va mezoskopik namunalarda kollektiv qo'zg'alish va dinamik o'zaro ta'sirni kuzatish bo'yicha hisobotlar mavjud.

Kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi Rydberg atomlari kvant kritik xatti-harakati bilan ajralib turadi, bu esa asosiyni ta'minlaydi ilmiy qiziqish qo'llanilishidan qat'iy nazar ularga.

Atomlarning Ridberg holatlari bilan bog'liq tadqiqotlarni shartli ravishda ikki guruhga bo'lish mumkin: atomlarning o'zini o'rganish va ularning xususiyatlaridan boshqa maqsadlarda foydalanish.

2009 yilda tadqiqotchilar Ridberg molekulasini olishga muvaffaq bo'lishdi (inglizcha) .

Radioastronomiyada Ridberg atomlari boʻyicha birinchi tajriba maʼlumotlari 1964 yilda R. S. Sorochenko va boshqalar (FIAN) tomonidan santimetr chastota diapazonida kosmik jismlarning nurlanishini oʻrganish uchun moʻljallangan 22 metrli oynali radioteleskopda olingan. Teleskopni Omega tumanligiga qaratganda, ushbu tumanlikdan keladigan radio emissiya spektrida l ≃ 3,4 sm to'lqin uzunligida emissiya chizig'i aniqlandi. Bu to'lqin uzunligi Ridberg holatlari orasidagi o'tishga to'g'ri keladi n′ = 91 Va n = 90 vodorod atomi spektrida

Reja:

Kirish

• 1 Ridberg atomlarining xossalari
  • 1.1 Ridberg atomlarining dipol blokadasi
• 2 Tadqiqot yo'nalishlari va mumkin bo'lgan ilovalar
Eslatmalar

Kirish

Ridberg atomlari(J. R. Rydberg nomi bilan atalgan) - ishqoriy metall atomlari, ularda tashqi elektron juda qo'zg'aluvchan holatda (darajagacha). n ~ 100). Atomni asosiy holatdan hayajonlangan holatga o'tkazish uchun u rezonansli lazer nuri bilan nurlanadi yoki RF razryad boshlanadi. Rydberg atomining o'lchami n = 100 uchun asosiy holatdagi bir xil atomning o'lchamidan deyarli 10 000 marta kattaroqdir (quyidagi jadvalga qarang).

1. Ridberg atomlarining xossalari

Radius orbitasida aylanuvchi elektron r Nyutonning ikkinchi qonuniga ko'ra yadro atrofida u kuchni boshdan kechiradi:

Qayerda k= 1/(4πe 0), e elektronning zaryadidir.

Orbital moment birliklarda ħ teng:

.

Bu ikki tenglamadan “n” holatdagi elektronning orbital radiusi ifodasini olamiz.

Rubidiy atomini Ridberg holatiga lazer qo'zg'atish sxemasi

Bunday vodorodga o'xshash atomning bog'lanish energiyasi

bu erda Ry = 13,6 eV - Ridberg doimiysi, va δ yadro zaryadining nuqsoni, bu umuman olganda n ahamiyatsiz. O'rtasidagi energiya farqi n-m va n+1-inchi energiya darajalari taxminan teng

Atomning xarakterli kattaligi rn va elektron aylanishning tipik yarim klassik davri teng

Qayerda a B = 0,5×10 -10 m Bor radiusi, va T 1 ~ 10 −16 s.

Keling, vodorod atomining asosiy va Ridberg holatlarining ba'zi raqamlarini taqqoslaylik.

1.1. Ridberg atomlarining dipol blokadasi

Atomlar asosiy holatdan Ridberg holatiga qo'zg'atilganda, qiziqarli hodisa ro'y beradi. dipol blokadasi. Bo'shatilgan atom bug'ida asosiy holatdagi atomlar orasidagi masofa katta va atomlar o'rtasida deyarli hech qanday o'zaro ta'sir mavjud emas. Biroq, atomlar Ridberg holatiga qo'zg'atilganda, ularning orbital radiusi ga ortadi n 2 ~1 mkm gacha. Natijada, atomlar "yaqinlashadi", ular orasidagi o'zaro ta'sir sezilarli darajada oshadi, bu esa atomlar holatining energiyasini o'zgartirishga olib keladi. Bu nimaga olib keladi? Faraz qilaylik, kuchsiz yorug'lik impulsi bilan faqat bitta atom asosiy holatdan Rieberg holatiga qo'zg'alishi mumkin. Xuddi shu darajani boshqa atom bilan to'ldirishga urinish "dipol blokadasi" tufayli imkonsiz bo'lib qoladi.

2. Tadqiqot yo'nalishlari va mumkin bo'lgan ilovalar

Atomlarning Ridberg holatlari bilan bog'liq tadqiqotlarni shartli ravishda ikki guruhga bo'lish mumkin: atomlarning o'zini o'rganish va ularning xususiyatlaridan boshqa maqsadlarda foydalanish.

Tadqiqotning asosiy yo'nalishlari:

• Katta bo'lgan bir nechta shtatlardan n kosmosda ko'proq yoki kamroq lokalizatsiya qilinadigan to'lqin paketini tuzish mumkin. Agar orbital kvant soni ham katta bo'lsa, biz deyarli klassik rasmga ega bo'lamiz: mahalliylashtirilgan elektron bulut yadro atrofida undan katta masofada aylanadi.
• Agar orbital momentum kichik bo'lsa, unda bunday to'lqin paketining harakati bo'ladi yarim o'lchovli: Elektron bulut yadrodan uzoqlashadi va yana unga yaqinlashadi. Bu juda cho'zilgan elliptik orbitaning analogidir klassik mexanika quyosh atrofida harakatlanayotganda.
• Ridberg elektronining tashqi elektr va magnit maydonlar. Yadroga yaqin bo'lgan oddiy elektronlar asosan yadroning kuchli elektrostatik maydonini his qiladilar. 10 9 V/sm), va ular uchun tashqi maydonlar faqat kichik qo'shimchalar rolini o'ynaydi. Ridberg elektroni yadroning kuchli zaiflashgan maydonini his qiladi ( E~E0/n4), va shuning uchun tashqi maydonlar elektronning harakatini tubdan buzishi mumkin.
• Ikkita Ridberg elektroniga ega bo'lgan atomlar qiziqarli xususiyatlarga ega bo'lib, bitta elektron yadro atrofida boshqasiga qaraganda uzoqroq masofada "aylanadi". Bunday atomlar deyiladi sayyoraviy.
• Gipotezalardan biriga ko'ra, sharli chaqmoq Ridberg moddasidan iborat.

Rydberg atomlarining g'ayrioddiy xususiyatlari allaqachon qo'llanilishini topmoqda

• Radio emissiyasining kvant detektorlari: Rydberg atomlari radio diapazonida hatto bitta fotonni ham qayd etishi mumkin, bu oddiy antennalarning imkoniyatlaridan ancha yuqori.
• Ridberg elektronining bosqichli energiya spektri energiyani aniq o'lchash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan "energiya balansi" bo'lib xizmat qiladi.
• Ridberg atomlari yulduzlararo muhitda ham kuzatiladi. Ular tabiatning o'zi biz uchun yaratilgan juda sezgir bosim sensorlari.

2009 yilda Shtutgart universiteti tadqiqotchilari Ridberg molekulasini olishga muvaffaq bo'lishdi.

Eslatmalar

1. V. Demtroder Lazer spektroskopiyasi: asosiy tushunchalar va asboblar. - Springer, 2009. - 924 p. - ISBN 354057171X
2. R. Heidemann va boshqalar. (2007). "Kuchli blokada rejimida Ridbergning izchil kollektiv qo'zg'alishi uchun dalillar - link.aps.org/abstract/PRL/v99/e163601". Jismoniy ko'rib chiqish xatlari 99 (16): 163601. DOI: 10.1103/PhysRevLett.99.163601 - dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.163601. arħiv:quant-ph/0701120 - arxiv.org/abs/quant-ph/0701120.
3. To'p chaqmoqlarida uyg'unlik - scitation.aip.org/journals/doc/APPLAB-ft/vol_83/iss_11/2283_1.html
4. membrana.ru "Dunyoda birinchi marta Ridberg molekulasi olindi" - www.membrana.ru/lenta/?9250

Ishqoriy metallar, ularda tashqi elektron juda qo'zg'aluvchan holatda bo'ladi (darajagacha n taxminan 1000). Atomni asosiy holatdan hayajonlangan holatga o'tkazish uchun u rezonansli lazer nuri bilan nurlanadi yoki RF razryad boshlanadi. Ridberg atomining o'lchami asosiy holatdagi bir xil atomning o'lchamidan deyarli 106 marta oshib ketishi mumkin. n = 1000 (quyidagi jadvalga qarang).

Ridberg atomlarining xossalari

Radius orbitasida aylanuvchi elektron r yadro atrofida, Nyutonning ikkinchi qonuniga ko'ra, u kuchni boshdan kechiradi

,

bu erda (- dielektrik sezuvchanlik), e elektronning zaryadidir.

Orbital moment birliklarda ħ teng

.

Bu ikki tenglamadan elektronning holatdagi orbital radiusi ifodasini olamiz n :

Rubidiy atomini Ridberg holatiga lazer qo'zg'atish sxemasi.

Bunday vodorodga o'xshash atomning bog'lanish energiyasi

,

Qayerda Ry= 13,6 eV Ridberg doimiysi va δ - yadro zaryadining nuqsoni, bu umuman olganda n ahamiyatsiz. O'rtasidagi energiya farqi n-th va n+1-inchi energiya darajalari taxminan teng

.

Atomning xarakterli kattaligi rn va elektron aylanishning tipik yarim klassik davri teng

,

Qayerda a B= 0,5 10 −10 m Bor radiusi, va T 1 ~ 10 −16 s.

Vodorod atomining birinchi qo'zg'aluvchan va Ridberg holatlari parametrlari

Bosh kvant soni,	Birinchidan hayajonlangan davlat,	Ridbergovskoe davlat,
Atomdagi elektronning bog'lanish energiyasi (ionlanish potensiali), eV	≃ 5	≃ 10 −5
Atom kattaligi (elektron orbita radiusi), m	~ 10 −10	~ 10 −4
Elektron orbital davri, s	~ 10 −16	~ 10 −7
Tabiiy umr, s	~ 10 −8	~ 1

dan o'tish paytida vodorod atomining emissiya to'lqin uzunligi n′ = 91 yoqilgan n = 90 3,4 sm ga teng

Ridberg atomlarining dipol blokadasi

Atomlar asosiy holatdan Ridberg holatiga qo'zg'alganda, "dipol blokadasi" deb ataladigan qiziqarli hodisa ro'y beradi.

Noyob atom bug'ida asosiy holatdagi atomlar orasidagi masofa katta va atomlar o'rtasida deyarli hech qanday o'zaro ta'sir mavjud emas. Biroq, atomlar Ridberg holatiga qo'zg'alganda, ularning orbital radiusi ortadi va 1 mkm ga teng qiymatga etadi. Natijada, atomlar "yaqinlashadi", ular orasidagi o'zaro ta'sir sezilarli darajada oshadi, bu esa atomlar holatining energiyasini o'zgartirishga olib keladi. Bu nimaga olib keladi? Faraz qilaylik, kuchsiz yorug'lik impulsi bilan faqat bitta atom asosiy holatdan Rieberg holatiga qo'zg'alishi mumkin. Xuddi shu darajani boshqa atom bilan to'ldirishga urinish "dipol blokadasi" tufayli imkonsiz bo'lib qoladi.

Tadqiqot yo'nalishlari va mumkin bo'lgan ilovalar

Atomlarning Ridberg holatlari bilan bog'liq tadqiqotlarni shartli ravishda ikki guruhga bo'lish mumkin: atomlarning o'zini o'rganish va ularning xususiyatlaridan boshqa maqsadlarda foydalanish.

Tadqiqotning asosiy yo'nalishlari:

Rydberg atomlarining g'ayrioddiy xususiyatlari allaqachon qo'llanilishini topmoqda

2009 yilda tadqiqotchilar Ridberg molekulasini olishga muvaffaq bo'lishdi (inglizcha) rus .

radio astronomiya

Radioastronomiyada Ridberg atomlari boʻyicha birinchi tajriba maʼlumotlari 1964 yilda R. S. Sorochenko va boshqalar (FIAN) tomonidan santimetr chastota diapazonida kosmik jismlarning nurlanishini oʻrganish uchun moʻljallangan 22 metrli oynali radioteleskopda olingan. Teleskopni Omega tumanligiga qaratganda, ushbu tumanlikdan keladigan radio emissiya spektrida l ≃ 3,4 sm to'lqin uzunligida emissiya chizig'i aniqlandi. Bu to'lqin uzunligi Ridberg holatlari orasidagi o'tishga to'g'ri keladi n′ = 91 Va n = 90 vodorod atomi spektrida.

Eslatmalar

Adabiyot

• Neukamner J., Rinenberg H., Vietzke K. va boshqalar. n ≅ 500 da Rydberg atomlarining spektroskopiyasi // Fizik. Rev. Lett. 1987 jild. 59. 26-bet.
• Frey M. T. Hill S.B.. Smit K.A.. Dunning F.B., Fabrikant I.I. Juda yuqori Rydberg atomlaridan foydalangan holda mikroelektronvolt energiyada elektron-molekulalarning tarqalishini o'rganish // Fizik. Rev. Lett. 1995 jild. 75, No 5. P. 810-813.
• Sorochenko R. L., Salomonovich A. E. Kosmosdagi ulkan atomlar // Tabiat. 1987. No 11. S. 82.
• Dalgarno A. Astrofizikada Rydberg atomlari // Atomlar va molekulalarning Rydberg holatlari: Per. ingliz tilidan. / Ed. R. Stebbins, F. Dunning. M.: Mir. 1985 yil, 9-bet.
• Smirnov BM Qo'zg'atilgan atomlar. Moskva: Energoizdat, 1982. Ch. 6.

Havolalar

• Delaunay N.B. Rydberg atomlari // Soros Educational Journal, 1998, No 4, p. 64-70
• "Quyultirilgan Rydberg materiya", E. A. Manykin, M. I. Ozhovan, P. P. Poluektov, "Priroda" jurnalining N1 maqolasi, 2001 yil.

Wikimedia fondi. 2010 yil.