Молекула Ридберга является электронно - возбужденной химическими частицами . Электронно-возбужденные молекулярные состояния обычно сильно отличаются по характеру от электронно-возбужденных атомных состояний. Однако, особенно для молекулярных систем с сильным электронным возбуждением, взаимодействие ионного остова с возбужденным электроном может принимать общие аспекты взаимодействия между протоном и электроном в атоме водорода. Спектроскопическое отнесение этих состояний происходит по формуле Ридберга , названной в честь шведского физика Йоханнеса Ридберга , и они называются ридберговскими состояниями молекул. Серии Ридберга связаны с частичным удалением электрона из ионного остова.
Каждый ряд энергий Ридберга сходится к порогу энергии ионизации, связанному с конкретной конфигурацией ионного ядра. Эти квантованные ридберговские уровни энергии могут быть связаны с квазиклассической атомной картиной Бора. Чем ближе вы подходите к пороговой энергии ионизации, тем выше главное квантовое число и тем меньше разница энергий между околопороговыми ридберговскими состояниями. Когда электрон продвигается на более высокие энергетические уровни в ряду Ридберга, пространственное отклонение электрона от ионного остова увеличивается, и система больше похожа на 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. Присвоение молекулярных ридберговских состояний часто включает следование ряду Ридберга от промежуточных до высоких главных квантовых чисел. Энергия ридберговских состояний может быть уточнена путем включения поправки, называемой квантовым дефектом, в формулу Ридберга. Квантовая коррекция дефектов может быть связана с наличием распределенного ионного остова.
Экспериментальное исследование молекулярных ридберговских состояний проводилось традиционными методами на протяжении поколений. Однако развитие лазерных методов, таких как резонансная ионизационная спектроскопия, позволило относительно легко получить доступ к этим ридберговским молекулам в качестве промежуточных продуктов. Это особенно верно для спектроскопии многофотонной ионизации с резонансным усилением ( REMPI ), поскольку многофотонные процессы включают в себя правила отбора, отличные от однофотонных процессов. Изучение ридберговских состояний с большим главным квантовым числом породило ряд спектроскопических методов. Эти «околопороговые ридберговские состояния» могут иметь большие времена жизни, особенно для состояний с более высоким орбитальным угловым моментом, которые не сильно взаимодействуют с ионным остовом. Молекулы Ридберга могут конденсироваться, образуя кластеры ридберговской материи, которая имеет увеличенное время жизни, предотвращающее возбуждение.
Дигелий (He 2 * ) был первой известной молекулой Ридберга. [1]
Другие типы
В 2009 году исследователи из Штутгартского университета наконец создали молекулу Ридберга другого типа . Там взаимодействие между ридберговским атомом и атомом в основном состоянии приводит к новому типу связи . Два атома рубидия были использованы для создания молекулы, которая просуществовала 18 микросекунд. [2] [3]
В 2016 году молекула бабочки Ридберга была обнаружена в сотрудничестве с исследователями из Технологического университета Кайзерслаутерна и Университета Пердью . [4] [5] Ридберговская молекула-бабочка - это слабое спаривание ридберговского атома и атома в основном состоянии, которое усиливается наличием резонанса формы в 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. [6] Как следствие нетрадиционного механизма связывания, молекулы Ридберга «бабочка» проявляют особые свойства, такие как множественные основные колебательные состояния с разной длиной связи и гигантские дипольные моменты, превышающие 500 дебай.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Raunhardt, Матиас (2009). Генерация и спектроскопия атомов и молекул в метастабильных состояниях (PDF) (Диссертация). п. 84.
- ^ Гилл, Виктория (23 апреля 2009 г.). «Впервые в мире странная молекула» . BBC News . Проверено 23 апреля 2009 .
- ^ Бендковский, Вера; Бутшер, Бьорн; Ниппер, Йоханнес; Шаффер, Джеймс П .; Лёв, Роберт; Пфау, Тильман (23 апреля 2009 г.). «Наблюдение за молекулами Ридберга сверхдальнего радиуса действия». Природа . 458 (7241): 1005–1008. Bibcode : 2009Natur.458.1005B . DOI : 10,1038 / природа07945 . PMID 19396141 . S2CID 4332553 .
- ^ Нидерпрум, Томас; Томас, Оливер; Эйхерт, Танита; Липпе, Карстен; Перес-Риос, Хесус; Грин, Крис; Отт, Хервиг (2016). «Наблюдение за молекулами Ридберга маятниковой бабочки» . Nature Communications . 7 : 12820. arXiv : 1602.08400 . Bibcode : 2016NatCo ... 712820N . DOI : 10.1038 / ncomms12820 . PMC 5059458 . PMID 27703143 .
- ^ Нидерпрум, Томас (2016). Ридберговское взаимодействие с основным состоянием в ультрахолодных квантовых газах (кандидат наук). Кайзерслаутернский технологический университет .
- ^ «Слабая атомная связь, теоретизированная 14 лет назад, наблюдается впервые» .
дальнейшее чтение
- Молекулярные спектры и молекулярная структура, Vol. I, II и III Герхард Герцберг, Krieger Pub. Co, перераб. 1991 г.
- Атомы и молекулы: введение для студентов, изучающих физическую химию , Мартин Карплус и Ричард Н. Портер, Benjamin & Company, Inc., 1970.