Магнитный дипольный переход - Magnetic dipole transition

Взаимодействие электромагнитной волны с электроном, связанным в атоме или молекуле, можно описать зависимым от времени теория возмущений. Магнитные дипольные переходы описывают доминирующий эффект связи с магнитной частью электромагнитной волны. Их можно разделить на две группы по частоте, на которой они наблюдаются: оптические магнитные дипольные переходы могут происходить на частотах в инфракрасном, оптическом или ультрафиолетовом диапазоне между подуровнями двух разных электронных уровней, в то время как переходы магнитного резонанса могут происходить на микроволновых или радиочастотах. между подуровнями углового момента в пределах единого электронного уровня. Последние называются Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) переходы, если они связаны с электронным угловым моментом атома или молекулы и Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) переходы, если они связаны с ядерным угловым моментом.^[1]

Теоретическое описание

Гамильтониан электрона, связанного в атоме, взаимодействующем с электромагнитным полем, дается формулой Уравнение Паули (теоретическое описание следует ^[2]):

${\displaystyle H={\frac {1}{2m}}[\mathbf {P} -q\mathbf {A} (\mathbf {R} ,t)]^{2}+V(R)-{\frac {q}{m}}\mathbf {S} \cdot \mathbf {B} (\mathbf {R} ,t)}$

Гамильтониан можно разделить на независимую от времени и зависящую от времени части:

${\displaystyle H=H_{0}+W(t)}$

с

${\displaystyle H_{0}={\frac {1}{2m}}\mathbf {P} ^{2}+V(R)}$

атомный гамильтониан и взаимодействие с электромагнитной волной (зависит от времени):

${\displaystyle W(t)=-{\frac {q}{m}}\mathbf {P} \cdot \mathbf {A} (\mathbf {R} ,t)-{\frac {q}{m}}\mathbf {S} \cdot \mathbf {B} (\mathbf {R} ,t)+{\frac {q^{2}}{2m}}\mathbf {A} ^{2}(\mathbf {R} ,t)}$

Поскольку последний член квадратичен по A, для малых полей им можно пренебречь. Зависящая от времени часть может быть Тейлор расширил в терминах, принадлежащих электрическому диполю (от первого члена), магнитному диполю (от второго члена) и членам более высокого порядка, таким как электрический квадрополь и так далее. Член, относящийся к магнитным дипольным переходам, равен:

${\displaystyle W_{DM}(t)=-{\frac {q}{2m}}(\mathbf {L} +2\mathbf {S} )\cdot \mathbf {B} (\mathbf {R} ,t)}$

Правила отбора

В правила отбора для разрешенных магнитных дипольных переходов:

1. ${\displaystyle \Delta J=0,\pm 1({\text{except }}J=0\rightarrow J=0)}$ (J: квантовое число полного углового момента )

2. ${\displaystyle \Delta M_{J}=0,\pm 1}$ (${\displaystyle M_{J}}$: проекция полный угловой момент по указанной оси)

3. Без изменения паритета

Сравнение с электрическими дипольными переходами

• Электродипольные переходы иметь только ненулевой матричный элемент между квантовыми состояниями с разной четностью. Магнитные дипольные переходы и электрические квадрупольные переходы в контрастных парных состояниях с одинаковой четностью.^[1]
• Отклик этих двух переходов намного слабее, чем отклик электродипольных переходов.
• Электронные состояния атомов и молекул обычно не имеют статического электрического дипольного момента, но многие состояния имеют статический магнитный дипольный момент. Классическая модель намагниченного волчка может быть использована для описания магнитных резонансов для атомов со статическим магнитным дипольным моментом между различными подуровнями, разделенными Зееманом, в достаточной мере без необходимости полного квантово-механического описания.^[2]

Рекомендации

1. К.Коэн Таннуджи; Б.Диу; Ф. Лало (1999). Квантовая механика. Вайли. ISBN  978-0-471-56952-7.
2. А. Э. Сигман (1986). ЛАЗЕРЫ. Книги университетских наук. ISBN  0-935702-11-3.

внешняя ссылка

• Национальный институт стандартов и технологий