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!