Cтраница 1
Ферми-резонанс представляет собой заем интенсивности одного типа колебания у другого при их случайном перекрывании. [1]
При ферми-резонансе в изолированной молекуле частота одного из молекулярных колебаний оказывается близкой частоте обертона ( или же составного тона) какого-либо другого колебания. В случае, например, невырожденных колебаний при этом возникает резонанс двух возбужденных состояний молекулы, что благодаря энгармонизму внутримолекулярных колебаний в спектрах поглощения или спектрах КРС или же ( в зависимости от симметрии молекулы и типа колебаний) в спектрах и тех и других приводит к характерным дублетам сравнимой интенсивности. [2]
Поэтому при ферми-резонансе, вообще говоря, резонирует друг с другом большое число возбужденных состояний кристалла, так что анализ возникающих при этом спектров существенно усложняется. [3]
В связи с ферми-резонансом уровней ( 10 0) и ( 02 0) времена жизни на этих уровнях нельзя рассматривать как независимые. [4]
В последнее время различного рода ферми-резонансы в кристаллах ( на фононах, плазмонах, поляритонах) в связи с развитием лазерной спектроскопии все чаще привлекают внимание экспериментаторов. Поэтому ниже мы изложим также основные результаты теории ферми-резонанса в кристаллах. Здесь же отметим лишь, что ферми-резонанс на фононах наблюдал в кварце и А1РО4 Скотт [11], который, пользуясь методом КРС, обнаружил эффекты взаимодействия мод, усиливающиеся по мере того, как зависящая от температуры частота одного из нормальных оптических колебаний ( мягкая мода) проходит через зону двучастичных состояний, отвечающих акустическим фононам. [5]
В скобках даны значения AV, рассчитанные нами по данным [62], с учетом ферми-резонанса. [6]
Поэтому в молекулярных кристаллах, если, конечно, не касаться области низкочастотных кристаллических колебаний, правильнее говорить лишь о влиянии межмолекулярного взаимодействия на спектры ферми-резонанса. Отметим также, что с помощью КРС недавно в работах [13-15, 42] наблюдался ферми-резонанс на поляритонах. Ниже мы в связи с обсуждением упомянутых работ покажем, каким образом изучение спектров КРС на поляритонах позволяет судить о наличии бифононов. [7]
В спектре же КР наблюдается полоса ( 10 0) - ( 00 0) - полносимметричное колебание vlf а точнее двойная полоса с частотами 1285 5 и 1388 3 см 1, обусловленная ферми-резонансом. [8]
В отличие от случая, когда сближаются частоты каких-либо двух фононов одной и той же симметрии ( см., например, [10]; при этом верна формула вида ( 19), см. ниже), при ферми-резонансе необходимо принимать во внимание взаимодействие зон не только одночастичных, но также и многочастичных возбужденных состояний кристалла. Это обстоятельство связано с тем, что наряду с той частью энгармонизма, которая приводит к рассеянию отдельных фононов друг на друге и которой в гамильтониане ( 5) отвечает константа А, при ферми-резонансе оказывается особенно важным ангармонизм W, приводящий к переходам с изменением числа фононов. Поскольку оператор № имеет симметрию кристалла, его матричные элементы могут быть отличными от нуля только для состояний кристалла одной и той же симметрии и, в частности, для состояний с одним и тем же значением суммарного волнового вектора. [9]
Если совершенно пренебречь взаимодействием С-фононов с двучастичными состояниями, а учитывать лишь зону бифонона, что оправдано, если выполняется неравенство А S Wiz ( k), ЙЙС ( &) - E2 ( k), то спектр состояний в области ферми-резонанса легко найти, пользуясь известным [ 28, § 39 ] результатом теории возмущений для двух близких термов. [10]
Фигурирующие в формуле ( 20) величины Fb и F ( a), определяющие интенсивность поглощения света в области двухфо-нонных переходов, как правило, значительно меньше величин FC, соответствующих интенсивным дипольным колебаниям решетки. Но в случае ферми-резонанса с такого рода колебанием величины Ръ и Р ( а) возрастают [20], приводя также к заметному влиянию на спектр поляритонов. [11]
В последнее время различного рода ферми-резонансы в кристаллах ( на фононах, плазмонах, поляритонах) в связи с развитием лазерной спектроскопии все чаще привлекают внимание экспериментаторов. Поэтому ниже мы изложим также основные результаты теории ферми-резонанса в кристаллах. Здесь же отметим лишь, что ферми-резонанс на фононах наблюдал в кварце и А1РО4 Скотт [11], который, пользуясь методом КРС, обнаружил эффекты взаимодействия мод, усиливающиеся по мере того, как зависящая от температуры частота одного из нормальных оптических колебаний ( мягкая мода) проходит через зону двучастичных состояний, отвечающих акустическим фононам. [12]
Поэтому в молекулярных кристаллах, если, конечно, не касаться области низкочастотных кристаллических колебаний, правильнее говорить лишь о влиянии межмолекулярного взаимодействия на спектры ферми-резонанса. Отметим также, что с помощью КРС недавно в работах [13-15, 42] наблюдался ферми-резонанс на поляритонах. Ниже мы в связи с обсуждением упомянутых работ покажем, каким образом изучение спектров КРС на поляритонах позволяет судить о наличии бифононов. [13]
Возможность генерации излучения в этой схеме определяется благоприятным сочетанием скоростей различных релаксационных процессов, характерных для рабочих уровней. Нижний рабочий уровень 10 0 и исходный для накачки уровень 02 0 благодаря ферми-резонансу ( взаимодействие колебательных уровней близкой энергии и подходящей симметрии, в результате которого уровни отталкиваются друг от друга и приобретают смешанный характер; в данном случае смешаны фундаментальное валентное полносимметричное колебание и обертон дважды вырожденного деформационного колебания молекулы С02) сильно взаимодействуют друг с другом. Па, сравнимое с временем релаксации вращательных уровней. Кроме того, молекулы в состояниях 10 0 и 02 0 эффективно теряют энергию возбуждения при столкновениях с менее колебательно-возбужденными и невозбужденными молекулами. Верхний же рабочий уровень 00 1 релаксирует значительно медленнее, т 0 4 с - Па. Поэтому под действием импульсной достаточно интенсивной резонансной оптической накачки в полосе 02 0 - 00 1, скорость которой, однако, не превосходит скоростей быстрых полезных процессов вращательной и колебательной релаксаций, а длительность импульса ти удовлетворяет условию ТаСтиСт, в системе возникает инверсия заселенностей некоторых колебательно-вращательных уровней для переходов в полосе 00 1 - 10 0, причем, благодаря быстрым релаксационным процессам, заселенности уровней 10 0 и 02 0 поддерживаются близкими к своим равновесным значениям. [14]
При неучете зоны двучастичных состояний это влияние полностью характеризуется соотношением ( 19), которое определяет энергии новых элементарных возбуждений, являющихся суперпозициями состояний С-фонона и бифонона. Если же необходим также учет двучастичных состояний ( о соответствующих критериях см. выше), то ферми-резонанс может привести даже к ликвидации состояний бифононов и вообще одночастич-ных состояний ( в той области значений волнового вектора, где энергия С-фонона входит в зону двучастичных состояний) [20]; при этом число линий в спектре КРС уменьшается. [15]