Тяжелая система Ридберга - Heavy Rydberg system

А тяжелая система Ридберга состоит из слабо связанных положительных и отрицательных ион вращаются вокруг своего общего центра масс. Такие системы имеют много общих свойств с традиционными Атом Ридберга и, следовательно, их иногда называют тяжелыми ридберговскими атомами. Хотя такая система представляет собой тип ионно связанной молекулы, ее не следует путать с молекулярным ридберговским состоянием, которое представляет собой просто молекулу с одним или несколькими высоковозбужденными электронами.

Своеобразные свойства ридберговского атома проистекают из большого разделения зарядов и, как следствие, гидрогенный потенциал. Чрезвычайно большое расстояние между двумя компонентами тяжелой системы Ридберга приводит к почти идеальному 1 / г водородный потенциал, наблюдаемый каждым ионом. Положительный ион можно рассматривать как аналог ядра атома водорода, где отрицательный ион играет роль электрона.^[1]

Разновидность

На сегодняшний день наиболее часто изучаемой системой является ${displaystyle H^{+}/H^{-}}$ система, состоящая из протона, связанного с ${displaystyle H^{-}}$ ион. В ${displaystyle H^{+}/H^{-}}$ система была впервые обнаружена в 2000 году группой на Университет Ватерлоо в Канада.

Формирование ${displaystyle H^{-}}$ ион можно понимать классически; как одиночный электрон в атом водорода не может полностью защитить положительно заряженное ядро, другой электрон, находящийся в непосредственной близости, почувствует силу притяжения. Хотя это классическое описание позволяет почувствовать вовлеченные взаимодействия, оно является чрезмерным упрощением; многие другие атомы имеют большее электронное сродство чем водород. Как правило, процесс образования отрицательного иона обусловлен заполнением атомные электронные оболочки чтобы сформировать конфигурацию с более низкой энергией.

Лишь небольшое количество молекул было использовано для получения тяжелых ридберговских систем, хотя в принципе любой атом с положительным сродством к электрону может связываться с положительным ионом. Используемые виды включают ${displaystyle O_{2}}$, ${displaystyle H_{2}S}$ и ${displaystyle HF}$. Фтор и кислород особенно предпочтительны из-за их высокого сродства к электрону, высокого энергия ионизации и, следовательно, высокий электроотрицательность.

Производство

Трудность создания тяжелых ридберговских систем возникает при нахождении энергетического пути, с помощью которого молекула может быть возбуждена с нужной энергией для образования ионной пары без достаточной внутренней энергии, чтобы вызвать автодиссоциацию (процесс, аналогичный автоионизация в атомах) или быстрая диссоциация из-за столкновений или локальных поля.

В настоящее время производство тяжелых ридберговских систем основано на сложном вакуумном ультрафиолете (так называемом, потому что он сильно поглощается воздухом и требует, чтобы вся система была заключена в вакуумной камере) или многофотонных переходах (основанных на поглощении нескольких фотонов почти одновременно ), оба из которых довольно неэффективны и приводят к системам с высокой внутренней энергией.

Функции

В длина облигации в тяжелой системе Ридберга в 10 000 раз больше, чем в типичной двухатомная молекула. Помимо характерного водородоподобного поведения, это также делает их чрезвычайно чувствительными к возмущениям от внешних воздействий. электрический и магнитный поля.

Тяжелые системы Ридберга имеют относительно большую уменьшенная масса, предоставленный:

${displaystyle mu ={m_{1}m_{2} over m_{1}+m_{2}}}$

Это приводит к очень медленной эволюции во времени, что позволяет легко манипулировать как пространственно, так и энергетически, в то время как их низкий энергия связи делает их относительно простыми для обнаружения посредством диссоциации поля и обнаружения возникающих ионы, в процессе, известном как пороговая спектроскопия образования ионных пар.

Третий закон Кеплера утверждает, что период орбиты пропорционален кубу большая полуось; это может быть применено к Кулоновская сила:

${displaystyle au ^{2}={4pi ^{2}mu over kZe^{2}}a^{3}}$

куда ${displaystyle au }$ это период времени, ${displaystyle mu }$ приведенная масса, ${displaystyle a}$ - большая полуось и ${displaystyle k=1/(4pi epsilon _{0})}$.

Классически мы можем сказать, что система с большой приведенной массой имеет большой орбитальный период. Квантово-механически большая приведенная масса в системе приводит к узкому расстоянию между уровни энергии и скорость эволюции во времени волновая функция зависит от этого энергетического интервала. Эта медленная эволюция во времени делает тяжелые ридберговские системы идеальными для экспериментального исследования динамики квантовых систем.

Рекомендации

1. Рейнхольд, Эльмар; Убакс *, Вим (20 мая 2005 г.). "Тяжелые состояния Ридберга" (PDF). Молекулярная физика. Informa UK Limited. 103 (10): 1329–1352. Дои:10.1080/00268970500050621. ISSN  0026-8976.