Streszczenie W7: wpływ jądra na widma atomowe: F: 5 4 3 2 I=7/2 - efekt izotopowy (masowy & objętościowy) - spin jądra & moment kwadrupolowy  magnetyczna & elektryczna  struktura nadsubtelna (nsbt.) - pole magnet. rozszczep. zeemanowskie każdego poz. nsbt. na 2F+1 skład.  efekt Backa-Goudsmita atom w zewn. polu elektr.: n=2 2 2S1/2 , 2 2P1/2 2 2P3/2 E=0 3/2a 1/2 1/2, 3/2 mJ: E  0 a - jonizacja polowa - indukowany moment dipolowy - efekt Starka: a) liniowy – wymaga nieokreśl. parzystości, tzn. degeneracji ze wzgl. na l  wodór w silnym polu (zaniedb. spin el.): b) kwadratowy –   stanu atomowego, ale znacznie słabszy niż liniowy ml: E=0 E  0 1 oszacowania rzędów wielkości poszczeg. struktur – kwestia spektralnej zdolności rozdzielczej (np. widmo wodoru) 2 2S , 2 2P Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

Cząsteczka = związany układ atomów (kilka jąder + elektrony) stopnie swobody: translacja rotacje oscylacje en. elektronów zewn. stopnie swobody – en. kinet./temp., ekwipartycja: (½kBT)/stopień swobody   układy związane - kwantowanie Struktura rotacyjna na ogół 3 stopnie swobody, dla linowych 2 stopnie, str. rotacyjna – widoczna wyłącznie w fazie gazowej J – rotacyjna liczba kwant. J=0, 1, ... Zakł. cząsteczki 2-atomowe, sztywny rotator: klas.: kwant.: m1 m2 r1 r2 R E = EJ+1 – EJ = 2B’ (J+1) B’ = stała rotacyjna  J= 3 2 1 0 2B’ 2B’ 2B’   pomiar B’ i R  0,1 nm (dla cz. wieloatom. – różne stałe B’) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

Struktura oscylacyjna - również w fazie skondens. i gazowej potencjał oscylatora harmonicznego: U = ½ f q2  = 0, 1, 2, ... (oscylacyjna liczba kwant.) równoodległe poziomy oscylacyjne gdy F  – fq , x – współcz. anharmoniczności poziomy oscyl. się zagęszczają dysocjacja cząsteczki z widm oscyl.  stałe siłowe molekuł, współcz. anharm.  oddz. atomów w cząsteczce Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

Widma oscylacyjno-rotacyjne gałąź P R J= –1 J=+1 J’  J  = 0  = 1 J= –1 J=+1 dla molekuł wieloatom. możliwa też gałąź Q (J=0) bardzo intensywna - suma wielu linii Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

Struktura widm oscylacyjno-rotacyjnych przejścia z tą samą stałą rotacyjną B’ w ramach stanu oscyl. (ten sam stan elektronowy) J’= 3 2 1 0 J = 3  = 0  = 1 0  2B’ 2B’ 2B’ 2B’ J 0 J= –1 J=+1 różne stałe B w różnych stanach  (B’  B”): gałąź R (J=+1) gałąź P (J=–1) J R  J R Q P Q B’ < B” P B” < B’ wykresy Fortrata  głowica pasma oscylacyjno-rot. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

Struktura elektronowa kwantyzacja en. elektronów w polu jąder – kwestia symetrii (niesferyczna!)  ważne składowe krętów wzdłuż osi symetrii - L  zależność en. elektronowych poziomów atomowych od odl. międzyatomowych: poziomy energetyczne → krzywe potencjalne  RAB [nm] Np.: cząsteczka 2-atom.a C2: 10 20 30 Ej [eV] C(1D)+C(1S) C(3P)+C(1S) C(1D)+C(1D) C(3P)+C(1D) C(3P)+C(3P) Zasada Borna – Oppenheimera: elektrony nadążają za jądrami - stany el. zależą od odległości jąder ale nie od ich ruchu Zasada Francka – Condona: zmiany stanów elektronów znacznie szybsze od przemieszczeń jąder RAB Max. amplituda funkcji fal. i max. prawdopodob. przejścia jest w punktach zwrotnych oscylacji Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

widma elektron. – na ogół złożone struktury el.-osc.-rot. – pasma el.-osc. ’=3 2 1 = 3 • • • AlO  zdolności rozdzielcza! E0 E1  BeI  odpowiednia zdolność rozdz. (spektroskopia laserowa) umożliwia pomiar oscyl. f. falowej: J. Koperski & M. Strojecki (ZOA)  Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

Oddz. atomów z promieniowaniem EM Pole EM - potencjały: A(r, t) i V(r) Zał. - fala płaska propagująca wzdłuż 0y i spolaryzowana wzdłuż 0z: cząstka o ładunku q w polu H0    W(t)     Wyjątki: atomy rydbergowskie (duże n), X,  Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

Przybliżenie dipolowe gdy można stos. przybliżenie (  ) oraz W2 =0, czyli Pole może indukować przejścia mdzy poz. i-f jeśli f|W|i 0 gdy czyli f |pz| i=im f |z| i (jak klasyczne oddz. dipolowe)  Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

Reguły wyboru Parzystość: dla f |z| i 0, konieczna zmiana parzystości  l = lf - li = 1 (reguła Laporte’a) Parzystość: ponadto, f |z| i 0  m = mf - mi = 0, f |x, y| i 0  m = mf - mi = 1 inne reguły zależne od typu wiązania, np. dla L-S: - zakaz interkombinacji: S=0 - J=0, 1 gł. l. kwant. n – bez ograniczeń (ale gdy n duże – słabe nakładanie się radialnych f. falowych) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8

Dla innych typów przejść, – inne operatory oddz. [kolejne el. szeregu A(r, t) = A0 e-ik•r )] A•p = E•D + ExQxx + B•M + ... D E Q M B Dla innych typów przejść, DE(E1) QE(E2) DM(M1) + (M2), (E3) 1896 Lorentz & Zeeman 1930, Frerichs & Campbell 1934 Niewodniczański Reguły wyboru dla innych polowości – inne el. macierz. – inne reguły DE l=2 l=1 l=0 DM, QE QE WDM = -(q/2m)(Lx+2Sx)Bx cos  t WQE = -(q/2m)(ypz+zpy)Ex cos  t – na ogół, gdy WDE= 0, wówczas inne polowości przejść możliwe – linie wzbronione, (znacznie słabsze, bo dla   500 nm, y  a0  0,05 nm czynnik k y  10-8 ) Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 8