Структура - энергетические уровни
Cтраница 4
Рассмотрим в качестве примера раствор замещения примеси As в Ge. За исключением лишнего, пятого электрона, ион As очень сходен с ионом Ge, так что в первом приближении можно считать, что структура энергетических уровней всего кристалла практически сохранится неизменной, если, конечно, замена атомов Ge атомами мышьяка будет произведена всего в нескольких местах. Лишний - пятый электрон атома As, не участвующий в четырех валентных связях решетки, будет находиться под действием периодического поля решетки и кулоновского поля иона. Потенциал этого кулоновского поля будет ослаблен по сравнению, например, с обычным потенциалом иона в вакууме из-за влияния всего кристалла в целом. [46]
В этом выражении k - постоянная Больцмана. Она равна 1 38 X х 10 - 23 дж-град, a WP - постоянная, называемая уровнем Ферми, зависящая от температуры и структуры энергетических уровней. Ее определяют отдельно в каждом случае, исходя из того, что сумма электронов, расположенных на различных уровнях, равна общему количеству электронов в кристалле. [47]
Основное состояние невозбужденной молекулы состоит из совокупности колебательных уровней. Каждый колебательный уровень содержит ряд вращательных подуровней, и таким образом получается достаточно широкая полоса энергетических уровней. Возбужденное состояние имеет такую же структуру энергетических уровней. При возбуждении молекула переходит с низшего уровня основного состояния на один из верхних уровней первого возбужденного состояния; затем молекула совершает безызлучательный переход на дно первого возбужденного состояния - верхний рабочий уровень. Нижним рабочим уровнем является один из уровней полосы невозбужденного состояния. С нижнего рабочего уровня в основное невозбужденное состояние молекула совершает безызлучательный переход. [48]
Энергии у-квантов лежат обычно в пределах от сотен кэв до нескольких Мэв. Ядро в процессе распада может испускать несколько у-квантов. Энергетический спектр - излучения ( поскольку он отражает структуру энергетических уровней ядра) является дискретным. [49]
 |
При возбуждении светом любой частоты, лежащей в пределах одной полосы поглощения, спектр люминесценции остается неизменным. [50] |
Для некоторых классов органических молекул правило Стокса может быть заменено, как установил В.Л. Левшин, количественным соотношением, получившим название правила зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции. Согласно наблюдениям Лев-шина, кривые поглощения и люминесценции для этого типа веществ, представленные в функции частот, при рациональном выборе ординат оказываются зеркально симметричными относительно прямой, проходящей перпендикулярно к оси частот через точку пересечения кривых, изображающих оба спектра. Хотя правило зеркальной симметрии соблюдается не во всех случаях люминесценции, однако для обширного класса сложных молекул оно позволяет делать важные заключения о структуре энергетических уровней молекулы. [51]
Изучение температурной зависимости магнитной восприимчивости веществ в общем случае позволяет получить сведения о наличии и величине свободных магнитных моментов а. Изучая восприимчивость при низких температурах, в ряде случаев можно также уточнить сведения об окружении магнитного иона, поскольку взаимодействие его с этим окружением влияет на структуру наинизших энергетических уровней. Эта область исследований начала интенсивно развиваться после второй мировой войны, когда были предложены и разработаны новые методы, приведшие к пониманию ряда деталей явления. [52]
Изучение температурной зависимости магнитной восприимчивости веществ и общем случае позволяет получить сведения о наличии л величине свободных ма. Научая восприимчивость при ппзкпх температурах, в ряде случаен можно также уточнить сведения об окружении магнитного иона, поскольку взаимодействие его с этим окружением влияет на структуру наинизших энергетических уровней. Эта область исследований начала интенсивно развиваться после второй мировой войны, когда были предложены л разработаны новые методы, приведите к пониманию ряда детален явления. [53]
Для измерения магнитных моментов ядер в настоящее время широко применяются методы магнитного резонанса, рассмотренные в § 14.10. Магнитный резонанс, обусловленный магнитными моментами ядер, исследуется как методом молекулярных пучков, так и методом поглощения радиочастотного излучения. Однако в отличие от метода электронного парамагнитного резонанса в случае ядерного парамагнитного резонанса избирательное поглощение электромагнитного излучения веществом обусловлено переходами его ядер между различными энергетическими подуровнями. Дело в том, что магнитный момент ядра во внешнем постоянном и однородном поле претерпевает пространственное квантование. Исследование резонансных частот позволяет определить структуру энергетических уровней различных ядер. Частоты ядерного парамагнитного резонанса при одном и том же значении напряженности Я постоянного магнитного поля по порядку величины в [ хв / И Ю4 раз меньше частот электронного парамагнитного резонанса и лежат в области 10 - 106с - 1 для обычно применяемых полей. С пот мощью ЯМР определяют также химический состав вещества. Основано это на том, что частоты ЯМР очень чувствительны к малейшим изменениям магнитного поля. В частности, магнитное поле, создаваемое электронной оболочкой атома, сдвигает частоту ЯМР. В зависимости от химической связи между атомами, определяемой свойствами и строением их электронных оболочек, этот химический хдвиг при ядерном резонансе оказывается различным, что позволяет установить тип химического соединения. [54]
 |
Тонкая и сверхтонкая структуры спектра. [55] |
Спектры ЭПР позволяют решить многие важные вопросы физики, химии и биологии. В частности, можно определить строение парамагнитных центров, их концентрацию - характер взаимодействия друг с другом и другими определяющими частицами; ЭПР можно применять для изучения вещества в любом агрегатном состоянии. Эти качества делают ЭПР уникальным методом-исследования кинетики и механизма химических реакций, протекающих с участием парамагнитных частиц. В ионных кристаллах можно определить структуру энергетических уровней магнитных центров, тонкие детали строения кристаллической решетки и параметры, характеризующие кинетику намагничивания; исследовать дефекты кристаллических решеток; получить данные о свойствах электронов проводимости в металлах и полупроводниках и пр. [56]
Очень перспективным представляется использование ферритов в качестве рабочей среды для создания лазеров, поскольку в этом случае возникает возможность управления частотой и поляризацией лазерного излучения путем воздействия внешним магнитным полем непосредственно на рабочее вещество лазера. Имеется сообщение [20] о получении когерентного излучения на длине волны около 2 мкм в феррите-гранате иттрия, допированном гольмием. Это можно связать с тем, что структура энергетических уровней редкоземельных ионов определяется как внутрикристаллическим, так и обменным полями. Направление эффективного поля обмена изменяется при изменении направления намагниченности, что приводит к перестройке уровней и, следовательно, к изменению частоты излучения. [57]
Естественно, удовлетворить этим условиям полностью невозможно, тем более при одновременном определении ряда элементов. В частности, показана [962] особая важность близости структуры энергетических уровней и констант ионизационного равновесия у определяемого элемента и внутреннего стандарта. [58]
Свечением дискретных центров мы назвали ( § 5) свечение системы излучателей, каждый из которых способен поглощать энергию и давать люминесценцию независимо от других подобных же центров свечения, составляющих излучающую систему. Поэтому наблюдаемое свечение дискретных центров состоит из совокупности независимых между собою процессов, каждый из которых развивается от начала до конца в одном центре: ионе, молекуле или сложном комплексе молекул. Окружающая среда может, однако, влиять на свечение дискретных центров, изменяя молекулярные и внешние поля, в которых находится люминесцентный центр, и структуру энергетических уровней люминесцентного центра. Таким образом, внешняя среда может в известной мере влиять и на спектры свечения и на его выход. Рассмотрение кинетики свечения дискретных центров сильно облегчается относительной простотой процесса свечения отдельных центров, который не содержит звеньев, существенно различающихся по природе и мало связанных друг с другом, что имеет место, например, при свечении кристаллофосфоров. [59]
Причиной электропроводности могут быть всякие нарушения идеальной периодичности кристаллической решетки. Их действие изучается математически на разных простых моделях. Конечно, эти модели могут быть только грубой апроксимацией реальных явлений. Например, если в решетке имеются атомы примеси, причем их концентрация мала, так что волновые функции соседних примесных атомов не перекрываются, то приближенно считают, что структура энергетических уровней у постороннего атома в кристалле остается такой же, как в свободном состоянии; при этом нужно только ввести поправку, определяемую отличной от единицы диэлектрической постоянной кристалла. [60]
Страницы: 1 2 3 4