Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Штарка эффект

Штарка эффект (далее Ш) расщепление спектральных линий в электрических полях. Открыт в 1913 Й. Штарком при изучении спектра Наблюдается в спектрах и др. квантовых систем; является результатом сдвига и расщепления на подуровни их уровней энергии под действием электрических полей (штарковское расщепление, штарковские подуровни). Термин "Ш" относят не только к расщеплению спектральных линий в электрических полях, но и к сдвигу и расщеплению в них уровней энергии.

  Ш был объяснен на основе квантовой механики. (или др. квантовая система) в состоянии с определенной энергией E приобретает во внешнем электрическом поле Eэл дополнит. энергию DE вследствие поляризуемости его электронной оболочки и возникновения индуцированного дипольного момента. Уровень энергии, которому соответствует одно возможное состояние (невырожденный уровень), в поле Eэл будет иметь энергию E + DE, т. е. сместится. Различные состояния вырожденного уровня энергии могут приобрести разные дополнительные энергии DEa (a = 1, 2,..., g где g — степень вырождения уровня; см. Атом). В результате вырожденный уровень расщепляется на штарковские подуровни, число которых равно числу различных значений DEa. Так, уровень энергии с заданным значением момента количества движения  (h — Планка постоянная, J = 0, 1, 2,..., квантовое число полного момента количества движения) расщепляется в электрическом поле на подуровни, характеризуемые различными значениями квантового числа mJ; (определяющего величину проекции момента М на направление электрического поля), причем значениям - mJ и + mJ соответствует одинаковая дополнит. энергия DE, поэтому все штарковские подуровни (кроме подуровня с m = 0) оказываются дважды вырожденными (в отличие от расщепления в поле, где все подуровни не вырождены; см. Зеемана эффект).

  Различают линейный Ш, когда DE  пропорционально Eэл (рис. 1), и квадратичный Ш, когда DE пропорционально  (рис. 2). В первом случае картина расщепления уровней энергии и получающихся при переходах между ними спектральных линий симметрична, во втором ¾ несимметрична.

  Линейный Ш характерен для в не слишком сильных полях (в полях ~104 в/см он составляет тысячные доли эв). Уровень энергии с заданным значением главного квантового числа n симметрично расщепляется на 2n — 1 равноотстоящих подуровней (рис. 1 соответствует n = 3, 2n — 1= 5). Компоненты расщепившейся в поле E спектральной линии поляризованы. Если E ориентировано перпендикулярно к наблюдателю, то часть компонент поляризована продольно (p-компоненты), остальные — поперечно (s-компоненты). При наблюдении вдоль направления поля p-компоненты не появляются, а на месте s-компонент возникают неполяризованные компоненты. Интенсивности разных компонент различны. На рис. 3 показано расщепление в результате Ш спектральной линии Нa (головной линии Бальмера серии).

  Линейный Ш наблюдается также в (Не+, 2+, 3+,...) и для сильно возбужденных уровней др. (в ряде случаев Ш приводит к появлению запрещенных линий). Типичным для многоэлектронных является квадратичный Ш с асимметричной картиной расщепления. Величина квадратичного эффекта невелика (в полях ~105 в/см расщепление составляет десятитысячные доли эв). Для достаточно симметричных молекул, обладающих постоянным дипольным моментом, характерен линейный Ш В др. случаях обычно наблюдается квадратичный Ш

  Важный случай Ш — расщепление электронных уровней энергии иона в решетке под действием внутрикристаллического поля Ekp, создаваемого окружающими ионами. Оно может достигать сотых долей эв, учитывается в спектроскопии кристаллов и существенно для работы квантовых усилителей.

  Ш наблюдается и в переменных электрических полях. Изменение положения штарковских подуровней в переменном поле E может быть использовано для изменения частоты квантового перехода в квантовых устройствах (штарковская модуляция, см., например, Микроволновая спектроскопия).

  Влияние быстропеременного электрического поля на уровни энергии (ионов) определяет, в частности, штарковское уширение спектральных линий в плазме. Движение частиц плазмы и связанное с этим изменение расстояний между ними приводит к быстрым изменениям электрического поля около каждой излучающей частицы. В результате энергетические уровни (ионов), расщепляясь, смещаются на неодинаковую величину, что и приводит к уширению спектральных линий в спектрах излучения плазмы. Штарковское уширение позволяет оценить концентрацию заряженных частиц в плазме (например, в атмосферах звезд).

  Лит.: Ельяшевич М. А., и молекулярная спектроскопия, М., 1962; Фриш С. Э., Оптические спектры М.— Л., 1963; Таунс Ч., Шавлов А., Радиоспектроскопия, пер. с англ., М., 1959.

  М. А. Ельяшевич.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 25.06.2024 13:03:14