Нижнее энергетическое состояние
Cтраница 4
Все летучие соединения урана многоатомны и поэтому обладают большим числом колебательных степеней свободы, которые возбуждаются уже при комнатных температурах. Таким образом, в исходном состоянии молекулы заселены в соответствии с распределением Максвелла - Больцмана по многим колебательным уровням, а не находятся в нижнем энергетическом состоянии, как изображено на рис. 6.6. На рис. 6.7 представлено реальное распределение заселенности уровней молекулы UF6 при комнатной температуре. Результирующий спектр поглощения возникает при суперпозиции переходов из всех начальных состояний. [46]
По выходе из камеры пучок молекул проходит разделяющее устройство, состоящее из длинных электродов, параллельных оси пучка и окружающих его. Чередующиеся электроды заряжены до высокого и низкого потенциалов, что создает нулевое поле вдоль оси и сильные поля вблизи электродов. Молекулы в нижнем энергетическом состоянии стремятся в область сильных полей и вследствие этого удаляются из пучка. [47]
Тойозава [7.27] впервые отметил, что спектры люминесценции при низких температурах следует интерпретировать на языке поляритонов. При таком рассмотрении ФЛ заключается в превращении внутри образца внешних фотонов в экситонные поляритоны. Последние релаксируют к нижним энергетическим состояниям путем рассеяния своей экситонной компоненты на фононах. Их фотонная компонента взаимодействует с фононами очень слабо. Процесс релаксации приводит к разупорядоче-нию распределения поляритонов. Некоторые из них рассеиваются обратно и выходят из образца в виде фотонов люминесценции. Поскольку на кривой дисперсии поляритонов, приведенной на рис. 6.22, нет минимума энергии, где процессы релаксации могли бы нормальным образом закончиться, нет основания считать a priori что поляритоны в результате процессов рассеяния достигнут теплового равновесия. Поэтому можно было бы предполагать, что в спектре излучения поляритонов вообще не окажется каких-либо пиков. Даже если пик существует, его ширина должна быть гораздо больше, чем следует из температуры образца. Тойозава отметил, что поляритоны могут накапливаться в районе бутылочного горла вблизи поперечной энергии экситона ( Е / т й т на Рис - 6.22, см. также задачу 6.9), где они имеют наибольшее время жизни. Поляритоны нижней ветви выше этого бутылочного горла обладают большой экситонной компонентой [7.28] и поэтому имеют короткие времена жизни в результате сильного рассеяния на фононах. Вероятности рассеяния на фононах уменьшаются, когда поляритоны становятся более фотоноподобными. [49]
Качественный анализ и расчет уровней энергии, произведенный выше, справедливы только для достаточно слабых полей. Оценки показывают, что для нижних энергетических состояний атома водорода слабыми должны считаться поля с индукцией до 0 1 Тл. [50]
Можно показать, что следует поступать именно так, хотя здесь мы не будем приводить это доказательство. Меньшее значение является ожидаемым значением энергии нижнего энергетического состояния, называемого связывающим состоянием. [51]
Для жидкого гелия при температуре 4 2 К и давлении 1 атм получаем Е 9 5 - 10 - - 3 а. Нетрудно показать, что только 2 % распределения заряда избыточного электрона проникают из полости в жидкость. Таким образом, мы приходим к выводу, что состояние плоской волны не является нижним энергетическим состоянием избыточного электрона в жидком гелии, если только последний может деформироваться с локализацией электрона. Следует при этом подчеркнуть, что большой отталкивательный псевдопотенциал и малый поляризационный потенциал атома гелия ( приводящие к сильному близкодействующему отталкиванию) являются главными факторами, определяющими локализацию электрона в данной системе. [52]
В совокупности таких свободных радикалов в отсутствие внешнего поля магнитные моменты вращающихся электронов ориентированы хаотично и все электроны находятся в состоянии с равной энергией. Когда накладывается магнитное поле, магнитные моменты стремятся ориентироваться относительно поля. Соответственно составляющая магнитного момента в направлении поля должна быть ограничена двумя значениями, которые можно обозначить ц и - и. Оказывается ( см. далее), что ц приблизительно равно магнетону Бора. В нижнем энергетическом состоянии находится несколько больше электронов, чем в верхнем, поскольку электроны различными путями обмениваются энергией с окружающей средой и таким образом поддерживают равновесное энергетическое распределение. [53]
Эта прецессия ядра в магнитном поле аналогична прецессии волчка или гироскопа в гравитационном поле. Каждому энергетическому уровню соответствует свой угол конуса, определяющий прецессионное движение ядра. Распределение ядер по различным уровням неодинаково. Чем ниже энергетический уровень, тем большее число ядер располагается на нем. Избыток п числа ядер в нижнем энергетическом состоянии по сравнению с числом ядер в соседнем верхнем энергетическом состоянии определяет значение вектора М намагниченности вещества. [54]
 |
Условный график распределений. 1 - Ферми, 2 - Бозе и 3 - Больцмана. [55] |
На рисунке 29 дан общий вид зависимости паот энергии частицы при температурах, близких к абсолютному нулю, для газа Ферми, газа Бозе и газа Максвелла - Больцмана. Ход кривых достаточно наглядно отображает качественные различия трех распределений. При больших энергиях вид всех трех функций примерно одинаков. Для распределения Бозе характерно преобладание частиц в нижних энергетических состояниях по сравнению с распределением Больцмана. [56]
Для жидкого гелия при температуре 4 2 К и давлении 1 атм получаем Е 9 5 - 10 - 3 а. Оптимальное значение показателя в волновой функции избыточного электрона составляет при этом 0 096 а. Нетрудно показать, что только 2 % распределения заряда избыточного электрона проникают из полости в жидкость. Таким образом, мы приходим к выводу, что состояние плоской волны не является нижним энергетическим состоянием избыточного электрона в жидком гелии, если только последний может деформироваться с локализацией электрона. Следует при этом подчеркнуть, что большой отталкивательный псевдопотенциал и малый поляризационный потенциал атома гелия ( приводящие к сильному близкодействующему отталкиванию) являются главными факторами, определяющими локализацию электрона в данной системе. [57]
Как увидим в дальнейшем, систему, энергетические уровни которой удовлетворяют определенным условиям, можно перевести в состояние с инверсной населенностью уровней. Процесс перевода системы в инверсное состояние называется накачкой. При оптической накачке атомы, поглощая излучение, переходят в возбужденное состояние. При электрической накачке ( например, в газообразной среде) атомы переходят в возбужденное состояние благодаря неупругим столкновениям атомов с электронами в газовом разряде. В этой связи следует еще раз отметить идею В. А. Фабриканта, выдвинутую в 1939 г., сущность которой заключалась в том, чтобы с помощью специальных молекулярных примесей избирательно исключить некоторые нижние энергетические состояния, в результате чего осуществилась бы инверсная заселенность. [58]
 |
Схема энергетических уровней ядра со спином 3 / з в магнитном поле Я. [59] |
Яо, при определенных условиях ( см. ЭЛЛ) способен поглощать электромагнитную энергию, что соответствует переходам между соседними уровнями ядерных спинов. Поскольку вероятности перехода снизу вверх и сверху вниз одинаковы, а заполнение нижнего уровня больше, то наложенное поле HI стремится выравнять населенность верхнего и нижнего энергетических уровней ядерной спиновой системы. Момент выравнивания основного и возбужденного состояний называется насыщением. Однако существуют два механизма перехода ядер в состояние с более низкой энергией без испускания излучения. Эти механизмы принято обозначать как спин-спиновую и спин-решеточную релаксации. При спин-спиновой релаксации ядро одного атома, находящееся в возбужденном состоянии, передает часть своей энергии другому ядру. Энергия, отданная решетке, переводит ядро в нижнее энергетическое состояние. Таким образом, в то время как радиочастотное поле уменьшает избыток ядер, находящихся на нижнем энергетическом уровне, взаимодействие с решеткой восстанавливает этот избыток до его первоначальной величины. [60]
Страницы: 1 2 3 4 5