Молекулярный луч

Молекулярный луч создается путем расширения газа при более высоком давлении через небольшое отверстие в камеру с более низким давлением, образуя пучок частиц ( атомов , свободных радикалов , молекул или ионов ), движущихся с примерно равными скоростями и с очень небольшим количеством столкновений. между частицами. Молекулярные пучки полезны для изготовления тонких пленок при молекулярно-лучевой эпитаксии и искусственных структур, таких как квантовые ямы , квантовые проволоки и квантовые точки . Молекулярные пучки также применялись в виде скрещенных молекулярных пучков . Молекулами молекулярного пучка можно манипулировать с помощью электрических и магнитных полей . ^{[ 1 ]} Молекулы можно тормозить в замедлителе Штарка или в замедлении Зеемана .

История

Первым, кто изучал эксперименты с атомным пучком, был Луи Дюнуайе де Сегонзак в 1911 году, но это были простые эксперименты, подтверждающие, что атомы перемещаются по прямым линиям, когда на них не действуют внешние силы. ^{[ 2 ]}

В 1921 году Хартмут Каллманн и Фриц Райхе написали ^{[ 3 ]} об отклонении пучков полярных молекул в неоднородном электрическом поле, с конечной целью измерения их дипольных моментов . Просмотр корректуры работ Каллмана и Райха побудил Отто Штерна работать в Гамбургском университете и Франкфуртском университете на Майне. ускорить публикацию своей работы с Вальтером Герлахом о том, что позже стало известно как эксперимент Штерна-Герлаха . (В статье Стерна есть ссылка на препринт, но работа Каллмана и Райха осталась практически незамеченной. ^{[ 4 ]})

Появление статьи Штерна-Герлаха в 1922 году вызвало сенсацию: они утверждали, что экспериментально продемонстрировали «квантование пространства»: явное свидетельство квантовых эффектов в то время, когда классические модели все еще считались жизнеспособными. ^{[ 4 ]}^: 50 Первоначальное квантовое объяснение измерения – как наблюдения орбитального углового момента – было неверным. Потребовалось пять лет интенсивной работы над квантовой теорией, прежде чем стало понятно, что этот эксперимент на самом деле был первой демонстрацией квантового спина электрона. ^{[ 2 ]} Группа Стерна продолжала проводить новаторские эксперименты с атомными пучками, а затем и с молекулярными пучками. Достижения Стерна и его сотрудников привели к решающим открытиям, в том числе: открытию квантования пространства ; де Бройля волны материи ; аномальные магнитные протона ; и нейтрона моменты отдача атома с испусканием фотона ; и ограничение сечений рассеяния при столкновениях молекул, налагаемое принципом неопределенности ^{[ 2 ]}

Первым, кто сообщил о взаимосвязи между дипольными моментами и отклонением в молекулярном пучке (с использованием бинарных солей, таких как KCl ), был Эрвин Вреде в 1927 году. ^{[ 5 ]}^{[ 4 ]}

В 1939 году Исидор Раби изобрел метод молекулярно-лучевого магнитного резонанса , при котором два магнита, расположенные один за другим, создают неоднородное магнитное поле. ^{[ 6 ]} Метод был использован для измерения магнитного момента нескольких изотопов лития с помощью молекулярных пучков LiCl , LiF и дилития . ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Этот метод является предшественником ЯМР . Изобретение мазера в 1957 году Джеймсом П. Гордоном , Гербертом Дж. Зейгером и Чарльзом Х. Таунсом стало возможным благодаря молекулярному пучку аммиака и специальному электростатическому квадрупольному фокусирующему устройству. ^{[ 9 ]}

Исследование молекулярного пучка привело к развитию молекулярно-лучевой эпитаксии в 1960-х годах.

См. также

Ссылки

^ ван де Миракер, Себастьян Ю.Т.; Бетлем, Хендрик Л.; Ванхаек, Николас; Мейер, Жерар (27 марта 2012 г.). «Манипулирование и управление молекулярными пучками». Химические обзоры . 112 (9). Американское химическое общество (ACS): 4828–4878. дои : 10.1021/cr200349r . hdl : 2066/103491 . ISSN 0009-2665 . ПМИД 22449067 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Рэмси, Нью-Йорк (1988). «Молекулярные пучки: наше наследие Отто Штерна» . Журнал физики Д. 10 (2–3): 121–125. Бибкод : 1988ZPhyD..10..121R . дои : 10.1007/BF01384845 . ISSN 0178-7683 . S2CID 120812185 .
^ " Каллманн, Х.; Райх, Ф. (1921). «О прохождении движущихся молекул через неоднородные силовые поля» . Журнал физики (на немецком языке). 6 (1). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 352-375. Бибкод : 1921ZPhy....6..352K . дои : 10.1007/bf01327996 . ISSN 1434-6001 . S2CID 119947742 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Фридрих, Бретислав; Шмидт-Бёкинг, Хорст (2021), Фридрих, Бретислав; Шмидт-Бёкинг, Хорст (ред.), «Метод молекулярного пучка Отто Стерна и его влияние на квантовую физику», Молекулярные пучки в физике и химии , Cham: Springer International Publishing, стр. 37–88, Bibcode : 2021mbpc.book.. .37F , номер документа : 10.1007/978-3-030-63963-1_5 , ISBN 978-3-030-63962-4
^ " Вреде, Эрвин (1927). «Об отклонении молекулярных пучков электрических дипольных молекул в неоднородном электрическом поле». Журнал физики (на немецком языке). 44 (4-5). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 261-268. Бибкод : 1927ZPhy...44..261W . дои : 10.1007/bf01391193 . ISSN 1434-6001 . S2CID 120815653 .
^ Келлог, JBM; Миллман, С. (1 июля 1946 г.). «Метод молекулярно-лучевого магнитного резонанса. Радиочастотные спектры атомов и молекул» . Обзоры современной физики . 18 (3): 323–352. Бибкод : 1946РвМП...18..323К . дои : 10.1103/RevModPhys.18.323 . ISSN 0034-6861 .
^ Раби, II; Миллман, С.; Куш, П.; Захариас-младший (15 марта 1939 г.). «Метод молекулярно-лучевого резонанса для измерения ядерных магнитных моментов. Магнитные моменты ³Что ⁶, ³Что ⁷ и ⁹Ф ¹⁹". Physical Review . 55 (6). Американское физическое общество (APS): 526–535. doi : 10.1103/physrev.55.526 . ISSN 0031-899X .
^ Метод молекулярного пучка Раби - Фейнмановские лекции по физике
^ Гордон, JP; Зейгер, HJ; Таунс, Швейцария (1 июля 1954 г.). «Молекулярный микроволновый генератор и новая сверхтонкая структура в микроволновом спектре NH ₃ » . Физический обзор . 95 (1). Американское физическое общество (APS): 282–284. Бибкод : 1954PhRv...95..282G . дои : 10.1103/physrev.95.282 . ISSN 0031-899X .

[1] ван де Миракер, Себастьян Ю.Т.; Бетлем, Хендрик Л.; Ванхаек, Николас; Мейер, Жерар (27 марта 2012 г.). «Манипулирование и управление молекулярными пучками». Химические обзоры . 112 (9). Американское химическое общество (ACS): 4828–4878. дои : 10.1021/cr200349r . hdl : 2066/103491 . ISSN 0009-2665 . ПМИД 22449067 .

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Рэмси, Нью-Йорк (1988). «Молекулярные пучки: наше наследие Отто Штерна» . Журнал физики Д. 10 (2–3): 121–125. Бибкод : 1988ZPhyD..10..121R . дои : 10.1007/BF01384845 . ISSN 0178-7683 . S2CID 120812185 .

[3] " Каллманн, Х.; Райх, Ф. (1921). «О прохождении движущихся молекул через неоднородные силовые поля» . Журнал физики (на немецком языке). 6 (1). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 352-375. Бибкод : 1921ZPhy....6..352K . дои : 10.1007/bf01327996 . ISSN 1434-6001 . S2CID 119947742 .

[:1-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с Фридрих, Бретислав; Шмидт-Бёкинг, Хорст (2021), Фридрих, Бретислав; Шмидт-Бёкинг, Хорст (ред.), «Метод молекулярного пучка Отто Стерна и его влияние на квантовую физику», Молекулярные пучки в физике и химии , Cham: Springer International Publishing, стр. 37–88, Bibcode : 2021mbpc.book.. .37F , номер документа : 10.1007/978-3-030-63963-1_5 , ISBN 978-3-030-63962-4

[5] " Вреде, Эрвин (1927). «Об отклонении молекулярных пучков электрических дипольных молекул в неоднородном электрическом поле». Журнал физики (на немецком языке). 44 (4-5). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 261-268. Бибкод : 1927ZPhy...44..261W . дои : 10.1007/bf01391193 . ISSN 1434-6001 . S2CID 120815653 .

[KelloggMillman-6] Келлог, JBM; Миллман, С. (1 июля 1946 г.). «Метод молекулярно-лучевого магнитного резонанса. Радиочастотные спектры атомов и молекул» . Обзоры современной физики . 18 (3): 323–352. Бибкод : 1946РвМП...18..323К . дои : 10.1103/RevModPhys.18.323 . ISSN 0034-6861 .

[7] Раби, II; Миллман, С.; Куш, П.; Захариас-младший (15 марта 1939 г.). «Метод молекулярно-лучевого резонанса для измерения ядерных магнитных моментов. Магнитные моменты ³Что ⁶, ³Что ⁷ и ⁹Ф ¹⁹". Physical Review . 55 (6). Американское физическое общество (APS): 526–535. doi : 10.1103/physrev.55.526 . ISSN 0031-899X .

[8] Метод молекулярного пучка Раби - Фейнмановские лекции по физике

[9] Гордон, JP; Зейгер, HJ; Таунс, Швейцария (1 июля 1954 г.). «Молекулярный микроволновый генератор и новая сверхтонкая структура в микроволновом спектре NH ₃ » . Физический обзор . 95 (1). Американское физическое общество (APS): 282–284. Бибкод : 1954PhRv...95..282G . дои : 10.1103/physrev.95.282 . ISSN 0031-899X .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]