Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
Л (RyIZnh)QpZt т
~ n*(l+i/2)J(J+l) ‘ тр g1,
где Ry = те*12Й2 - Ридберга постоянная, а — тон-
кой структуры постоянная, Z — заряд ядра (в единицах заряда электрона), пні— главное и орбитальное квантовые числа, gj — ядерный Ланде множитель.
Электрич. квадрупольное взаимодействие существует при 1 для несферич. ядер с / ^ 1, Оно даёт поправки к энергии подуровней атома
3? C(C+l)-4/3J(J+l)J(J+l)
Е2_ 8 /(21—1 )J (2J—1)
Константа В определяется усреднением по состоянию с полным моментом F оператора квадрупольного взаимодействия
VEl=3/4ftB[ty*+4>,-2/3/(/+1 )в/Л]/*/Л,
где i, k = 1, 2, 3, — Кронекера символ. Обычно
достоянная квадрупольного взаимодействия В на один-полтора порядка меньше константы А. Квадрупольное взаимодействие приводит к нарушению правила интервалов Ланде.
Для дипольиых переходов между подуровнями С. с. разных уровней выполняются отбора правила: AF — 0, ±1; + F' > 1- Между подуровнями С. с.
одного уровня разрешены маги, дипольные переходы с указанными выше правилами отбора, а также электрич. квадрупольные переходы с правилами отбора AF= O1 ±1, ±2; F-I- F' > 2.
Почти у всех молекул в основном электронном состоянии суммарный механич. момент электронов равеи нулю н магн. С. с. колебательио-вращат. уровней энергии гл. обр. связана с вращением молекулы. В случае двухатомных, линейных многоатомных молекул и молекул типа симметричного волчка (см. Молекула), содержащих одно ядро со спином. / на оси молекулы,
*Ml=k-------аКІ — • С,
где J ш К — квантовые числа полного вращат. момента и его проекции на ось волчка соответственно. Магн. расщепления составляют 1—100 кГц. Если спином обладают неск. ядер молекулы, то вследствие магн.
нзаимодейств ий ядериых моментов возникают дополнит. расщепления порядка неск. кГц. Магнитная С. с. уровней энергии молекул, обладающих электронным моментом, того же порядка, что и для атомов.
Если молекула в состоянии 1S содержит иа своей оси ядро с / > 1, гл. роль играет квадрупольное расщепление:
_ з / 3К* _ \ С(С-И)-4/3ig+DJ(J-M)
?2_ 8 J(J-I-I) J I(2I-t)(2J-i)(2J+3) ’
где р (Гц) — константа, характерная для уровня с данными К Yi J. Величины квадрупольиых расщеплений составляют десятки и сотни МГц.
В растворах, стёклах и кристаллах С. с. могут, напр., иметь уровни энергии примесных иоиов, свободных радикалов, электронов, локализованных иа дефектах решётки.
С. с. изучается методами магн. резонанса, др. методами радиоспектроскопии. Для возбуждённых состояний используют методы двойного резонанса (оптический — радиочастотный, инфракрасный — радиочастотный резонансы), а также методы нелинейной лазерной спектроскопии.
Разл. изотопы хим. элементов обладают разл. значениями ядерного спина, а их лниии испытывают изото-пич. сдвиг. Поэтому часто происходит наложение спектров разных изотопов и С. с. спектральных линий дополнительно усложняется.
Лит.: Таунс Ч., Шавлов А., Радиоспектроскопия, пер. с англ., М., 1959; Собельман И. И., Введение в теорию атомных спектров, 12 изд.], М., 1977; Arms t-г о n g L. Jr., Theory of the hyperfine structure of free atoms, N. Y.— La. o.], 1971; Радциг А. А., Смирнов Б. М., Параметры атомов и атомных ионов. Справочник, 2 изд., М.,
1986. Е. А. Юков.
СВЕРХТОНКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — взаимодействие магн. и квадрупольного моментов ядер с магн. и электрическим полями окружающих электронов. С. в. приводит к сверхтонкой структуре энергетнч. уровней в атомах, молекулах и твёрдых телах с характерным эиергетич. масштабом, иа 3 порядка меньшим масштаба тонкой структуры, связанной со спин-орби-тальным взаимодействием. Число подуровней сверхтонкой структуры равно 2/ + 1, если спин ядра / меньше момента электронной оболочки J, и 2J + 1 в противном случае.
Гамильтониан С. в. SV имеет вид:
а.Э
где и SVq — гамильтонианы магн. и квадрупольного взаимодействий; H и ср — напряжённость маги, поля и электростатич. потенциал, создаваемые электронами в месте нахождения ядра; [j. и @ttf9 = е (3гхге —
— f2Sa р) — магн. и квадрупольнын моменты ядра, е — заряд электрона. Здесь угл. скобки (...) означают усреднение по волновым ф-циям ядра, г„иг( — компоненты вектора г; индексы а, р = х, у, г, ось z направлена вдоль спина ядра. Величины [г и Qe^ можно выразить через ядериый спии:
3 Q
и=ив (гае/^р)^; <?«,*=” х
x(/./p+v. — ~ /26agj,
где цБ — efr/2mec — магнетон Бора, те, т$ — массы электрона и протона, gi — гиромагнитное отношение, Q — ср. по волновым ф-циям ядра значение компоненты Qzi в состоянии с макс. проекцией спина на ось г, 6ар — Кронекера символ. Маги, поле Н, создаваемое электронами в месте нахождения ядра, является суммой поля, обусловленного орбитальным движением электронов Hi — —(Лб^/г3)! и поля Hs, связанного с распределением спиновой плотности. Поле Hs может быть представлено в виде суммы поля, соответствующего магнитодипольному взаимодействию Hsl = цБ(2jri) X
СВЕРХТОНКОЕ
X [*г2 — 3(jr)r], и поля, соответствующего контактному взаимодействию Hso = = — |Л Б (16 Jx/3) I^8(O) I s, где т|)(0)— волновая ф-ция электрона в месте нахождения ядра, s — спин электрона. Для электронов с нулевым орбитальным моментом (s-электронов) H31 и Hi обращаются в нуль и остаётся только контактное взаимодействие. Напротив, для электронов с орбитальным моментом I > 0 обращается в нуль контактное взаимодействие и остаются Hsl ц Н[.
