Аномальний ефект Зеємана і його квантова теорія
Терми та спектральні лінії атомів, у яких сумарне спінове число , розщепляться на більшу кількість складових у слабких магнітних полях. Наприклад, дублетні лінії атомних спектрів лужних металів розщеплюються слабкими полями в напрямку, перпендикулярному до напрямку магнітного поля, на 10 складових ліній з - і - лінійно поляризованими компонентами замість 3 складових для нормального ефекту Зеємана. В напрямку паралельному магнітному полю спостерігається лише 6 складових з круговою - поляризацією. Слабким магнітним полем називається поле, яке не "розриває"[30] спін-орбітальний зв’язок, тому що енергія взаємодії з полем
. (17.5)
Для атомів Li, наприклад, слабкими полями називаються поля з напруженістю . Розглянемо тепер дублет і головної серії атомного спектра в слабкому магнітному полі
У зовнішньому магнітному полі з індукцією кожний енергетичний рівень валентного електрона розщепиться на підрівнів внаслідок взаємодії магнітного момента із магнітним полем:
, (17.6)
,
де
Квантові числа і фактор Ланде для цього випадку наведені в таблиці 17.1.
Таблиця17.1 Значення квантових чисел фактора Ланде та добутку
Якщо використати правила відбору для дипольних переходів
та формулу (17.6), то отримаємо складові, на які розщеплюється кожна з ліній дублета в слабкому магнітному полі (рис.17.3).
|
|
Дозволені правилами відбору переходи між цими термами дають усі лінії, що спостерігаються експериментально. Лінія розщеплюється на чотири лінії з - та - поляризаціями:
Лінія дублету розщеплюється в слабкому полі на 6 ліній із різною з - та -поляризацією:
У спектрах поглинання виникає ще одна 11- та лінія в радіодіапазоні частот, що відповідає енергетичному переходу
,
(див. главу 15). Схема розщеплення термів , і і спектральних ліній у слабкому полі наведена на схематичному рис.17.3. Отриманий результат свідчить, що модель кількісно пояснює аномальний ефект Зеємана, тобто вдалося створити квантову модель аномального розщеплення термів і спектральних ліній у слабкому магнітному полі
Дивись мультимедійні демонстрації: нормальний та аномальний ефект Зеємана.
Ефект Пашена і Бака
При збільшенні напруженості магнітного поля величина розщеплення термів і ліній лінійно залежить від до тих пір, поки крайні спектральні лінії мультиплетів від і не перекриються, тобто коли або коли
. (17.7)
- ларморова частота.
Рис. 17.3. Розщеплення термів літію в слабкому магнітну полі. дорівнює 2/3 величини спін-орбітального розщеплення рівня. |
При подальшому зростанні напруженості магнітного поля виникає нелінійний ефект Зеємана, а при ще більших - аномальний ефект вироджується в нормальний. Це явище називається ефектом Пашена Бака. У ньому замість 10 спектральних ліній, на які розщеплюється дублет у слабкому магнітному полі, виникає нормальний триплет Лоренца. Велике магнітне поле „розриває” спін-орбітальний зв’язок[31] і окремо взаємодіє з орбітальним моментом та спіном. Вираз для енергії електрона в цьому раз наступний:
Між цими новими термами переходи виникають, коли виконуються правила відбору і . Внаслідок цього виникають 3 спектральні лінії:
. (17.8)
Як видно з формули (17.8), утворюється 3 лінії - основна й два сателіти, тобто утворюється триплет Лоренца. Перетворення аномального ефекту Зеємана в нормальний у сильних магнітних полях називається ефектом Пашена і Бака.[32]
Рис.17.4. Схема розщеплення спектральних дублетних ліній при збільшенні напруженості магнітного поля. |
Більш точний розгляд ефекту Пашена і Бака (рис.17.4) повинен враховувати спін-орбітальну взаємодію, відповідальну за розщеплення дублету , що призводить до додаткового розщеплення
|
|
.
Воно вказує, що в сильних магнітних полях утворюється не 3, а 5 ліній із 10 ліній сателітів дублета в умовах аномального ефекту Зеємана. З 10 ліній 1-ша й 10-та зникають, бо вони заборонені правилами відбору 3-я та 7-ма -лінії зливаються, зливаються також 4-та - та 8-ма -лінії. Залишається 5 ліній: , , і . Розщеплення ліній (4 + 8) і 9 а також для ліній (2 + 5) і 6, становлять 2/3 від величини спін-орбітального розщеплення рівня і не залежать від величини магнітного поля. Для спектрографів обмеженої роздільної здатності ці лінії не розділяються на окремі складові і тому спостерігаються одиночні -лінії. Дивись мультемедійну демонстрацію «Ефект Пашена-Бака».
|
На наступному рис.17.5 зображена схема розщеплення термів у слабкому та сильному магнітних полях. Видно, що у великому магнітному полі більшому за критичне Зееманівське розщеплення стає більшим за розщеплення ліній дублету через спін-орбітальну взаємодію. „Розривається” спін-орбітальний зв’язок, тобто орбітальний момент і спін незалежно один від одного взаємодіють із магнітним полем. У цьому разі енергія термів буде визначатись не квантовим числом mJ, а квантовими числами і , а точніше . Відлік розщеплення рівнів треба робити від положення нерозщепленого рівня та рівня .
|
|
На завершення розгляду ефекту Зеємана слід зауважити, що крім спонтанних переходів можуть мати місце вимушені переходи між розщепленими в магнітному полі рівнями, наприклад, між рівнями та . Ці переходи використовуються в методі ЕПР і були нами розглянуті в попередньому розділі (розділ 16).
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 508; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!