Молекула Ридберга
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2015 г. ) |
Молекула Ридберга представляет собой электронно-возбужденную химическую разновидность . Электронно-возбужденные молекулярные состояния, как правило, весьма отличаются по своему характеру от электронно-возбужденных атомных состояний. Однако, особенно для молекулярных систем с высоким электронным возбуждением, взаимодействие ионного остова с возбужденным электроном может принимать общие аспекты взаимодействия между протоном и электроном в атоме водорода. Спектроскопическое отнесение этих состояний следует формуле Ридберга , названной в честь шведского физика Йоханнеса Ридберга , и они называются ридберговскими состояниями молекул. Ряды Ридберга связаны с частичным удалением электрона из ионного ядра.
Каждая серия энергий Ридберга сходится к порогу энергии ионизации, связанному с определенной конфигурацией ионного ядра. Эти квантованные уровни энергии Ридберга можно связать с квазиклассической атомной картиной Бора. Чем ближе вы приближаетесь к пороговой энергии ионизации, тем выше главное квантовое число и тем меньше разница в энергии между близкими к порогу ридберговскими состояниями. По мере того как электрон переходит на более высокие энергетические уровни в серии Ридберга, пространственный выход электрона из ионного остова увеличивается, и система больше напоминает квазиклассическую картину Бора.
Ридберговские состояния молекул с низкими главными квантовыми числами могут взаимодействовать с другими возбужденными электронными состояниями молекулы. Это может вызвать сдвиги в энергии. Назначение молекулярных состояний Ридберга часто включает в себя следование ряду Ридберга от промежуточных до высоких главных квантовых чисел. Энергию ридберговских состояний можно уточнить, включив в формулу Ридберга поправку, называемую квантовым дефектом. Квантовая коррекция дефектов может быть связана с наличием распределенного ионного остова.
Экспериментальное исследование молекулярных ридберговских состояний проводилось традиционными методами на протяжении нескольких поколений. Однако развитие лазерных методов, таких как резонансно-ионизационная спектроскопия, позволило относительно легко получить доступ к этим ридберговским молекулам в качестве промежуточных продуктов. Это особенно верно для спектроскопии многофотонной ионизации с резонансной усиленной ионизацией ( REMPI ), поскольку многофотонные процессы включают в себя другие правила отбора, чем однофотонные процессы. Изучение ридберговских состояний с высокими главными квантовыми числами породило ряд спектроскопических методов. Эти «околопороговые состояния Ридберга» могут иметь длительное время жизни, особенно для состояний с более высоким орбитальным угловым моментом, которые не сильно взаимодействуют с ионным ядром.Молекулы Ридберга могут конденсироваться с образованием кластеров ридберговского вещества , которое имеет увеличенное время жизни при снятии возбуждения.
Дигелий (He 2 * ) была первой известной молекулой Ридберга. [1]
Другие типы
[ редактировать ]В 2009 году исследователями из Штутгартского университета был наконец создан другой тип молекулы Ридберга . Там взаимодействие между ридберговским атомом и атомом основного состояния приводит к новому типу связи . Два атома рубидия были использованы для создания молекулы, которая просуществовала 18 микросекунд. [2] [3]
В 2015 году «трилобитную» молекулу Ридберга наблюдали исследователи из Университета Оклахомы . [4] Эта молекула была теоретизирована в 2000 году и характеризуется распределением электронной плотности, которое напоминает форму трилобита в цилиндрических координатах . [5] Эти молекулы имеют время жизни в десятки микросекунд и электрические дипольные моменты до 2000 Дебая .
В 2016 году молекула Ридберга-бабочки наблюдалась в сотрудничестве с исследователями из Технологического университета Кайзерслаутерна и Университета Пердью . [6] [7] Молекула Ридберга-бабочки представляет собой слабую пару ридберговского атома и атома в основном состоянии, которая усиливается наличием резонанса формы при рассеянии между ридберговским электроном и атомом в основном состоянии. Этот новый вид атомной связи был теоретизирован в 2002 году и характеризуется распределением электронной плотности, напоминающим форму бабочки. [8] В результате нетрадиционного механизма связывания молекулы Ридберга-бабочки проявляют особые свойства, такие как множественные основные колебательные состояния с разной длиной связи и гигантские дипольные моменты, превышающие 500 дебаев.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Раунхардт, Матиас (2009). Генерация и спектроскопия атомов и молекул в метастабильных состояниях (PDF) (Диссертация). п. 84.
- ^ Гилл, Виктория (23 апреля 2009 г.). «Первая в мире странная молекула» . Новости Би-би-си . Проверено 23 апреля 2009 г.
- ^ Бендковский, Вера; Мясник, Бьорн; Ниппер, Джон; Шаффер, Джеймс П.; Лоу, Роберт; Пфау, Тилман (23 апреля 2009 г.). «Наблюдение ридберговских молекул сверхдальнего радиуса действия». Природа . 458 (7241): 1005–1008. Бибкод : 2009Nature.458.1005B . дои : 10.1038/nature07945 . ПМИД 19396141 . S2CID 4332553 .
- ^ Бут, Дональд; Риттенхаус, Сет; Ян, Джин; Садегпур, Хосейн; Шаффер, Джеймс (2015). «Производство димеров молекул трилобита Ридберга с килодебаевскими постоянными электрическими дипольными моментами». Наука . 348 (6230): 99–102. arXiv : 1411.5291 . Бибкод : 2015Sci...348...99B . дои : 10.1126/science.1260722 . ПМИД 25838380 . S2CID 11508350 .
- ^ Грин, Крис; Дикинсон, А.; Садегпур, Хосейн (2000). «Создание полярных и неполярных ридберговских молекул сверхдальнего действия». Письма о физических отзывах . 85 (12): 2458–2461. Бибкод : 2000PhRvL..85.2458G . doi : 10.1103/PhysRevLett.85.2458 . ПМИД 10978081 .
- ^ Более низкая цена, Томас; Томас, Оливер; Эйхерт, Танита; Липпе, Карстен; Перес-Риос, Хесус; Грин, Крис; Отт, Хервиг (2016). «Наблюдение маятниковых молекул Ридберга-бабочки» . Природные коммуникации . 7 : 12820.arXiv : 1602.08400 . Бибкод : 2016NatCo...712820N . дои : 10.1038/ncomms12820 . ПМК 5059458 . ПМИД 27703143 .
- ^ Нидерпрум, Томас (2016). Взаимодействие Ридберга с основным состоянием в ультрахолодных квантовых газах (доктор философии). Технологический университет Кайзерслаутерна .
- ^ «Слабая атомная связь, высказанная 14 лет назад, наблюдалась впервые» .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Молекулярные спектры и молекулярная структура, Vol. I, II и III Герхард Герцберг, Krieger Pub. Co, переработанное изд. 1991.
- Атомы и молекулы: введение для студентов, изучающих физическую химию , Мартин Карплюс и Ричард Н. Портер, Benjamin & Company, Inc., 1970.