Молекула Ридберга — это электронно-возбужденный химический вид . Электронно-возбужденные молекулярные состояния, как правило, сильно отличаются по характеру от электронно-возбужденных атомных состояний. Однако, особенно для сильно электронно-возбужденных молекулярных систем, взаимодействие ионного ядра с возбужденным электроном может принимать общие аспекты взаимодействия между протоном и электроном в атоме водорода. Спектроскопическое присвоение этих состояний следует формуле Ридберга , названной в честь шведского физика Иоганнеса Ридберга , и они называются ридберговскими состояниями молекул. Серии Ридберга связаны с частичным удалением электрона из ионного ядра.
Каждая серия ридберговских энергий сходится к порогу энергии ионизации, связанному с определенной конфигурацией ионного ядра. Эти квантованные уровни энергии ридберговских энергий могут быть связаны с квазиклассической атомной картиной Бора. Чем ближе вы подходите к энергии порога ионизации, тем выше главное квантовое число и тем меньше разница энергий между состояниями ридберговскими вблизи порога. По мере того, как электрон продвигается на более высокие энергетические уровни в серии ридберговских энергий, пространственный отход электрона от ионного ядра увеличивается, и система становится более похожей на квазиклассическую картину Бора.
Состояния Ридберга молекул с низкими главными квантовыми числами могут взаимодействовать с другими возбужденными электронными состояниями молекулы. Это может вызывать сдвиги в энергии. Назначение молекулярных состояний Ридберга часто включает следование серии Ридберга от промежуточных к высоким главным квантовым числам. Энергию состояний Ридберга можно уточнить, включив поправку, называемую квантовым дефектом, в формулу Ридберга. Поправка на квантовый дефект может быть связана с наличием распределенного ионного ядра.
Экспериментальное изучение молекулярных ридберговских состояний проводилось традиционными методами на протяжении поколений. Однако развитие лазерных методов, таких как резонансная ионизационная спектроскопия, позволило относительно легко получить доступ к этим ридберговским молекулам как к промежуточным продуктам. Это особенно актуально для спектроскопии резонансной усиленной многофотонной ионизации ( REMPI ), поскольку многофотонные процессы включают в себя правила отбора, отличные от однофотонных процессов. Изучение ридберговских состояний с высоким главным квантовым числом породило ряд спектроскопических методов. Эти «близкие к порогу ридберговские состояния» могут иметь длительное время жизни, особенно для состояний с более высоким орбитальным угловым моментом, которые не сильно взаимодействуют с ионным ядром. Ридберговские молекулы могут конденсироваться, образуя кластеры ридберговской материи , которые имеют увеличенное время жизни против девозбуждения.
Дигелий (He 2 * ) был первой известной молекулой Ридберга. [1]
В 2009 году исследователи из Штутгартского университета наконец создали другой тип молекулы Ридберга . Там взаимодействие между атомом Ридберга и атомом в основном состоянии приводит к новому типу связи . Для создания молекулы, которая просуществовала 18 микросекунд, были использованы два атома рубидия . [2] [3]
В 2015 году исследователи из Университета Оклахомы наблюдали молекулу Ридберга «трилобит» . [4] Эта молекула была теоретически предложена в 2000 году и характеризуется распределением электронной плотности, которое напоминает форму трилобита , если отобразить ее в цилиндрических координатах . [5] Эти молекулы имеют время жизни в десятки микросекунд и электрические дипольные моменты до 2000 Дебаев .
В 2016 году молекула Ридберга-бабочка была обнаружена в ходе совместной работы исследователей из Технологического университета Кайзерслаутерна и Университета Пердью . [6] [7] Молекула Ридберга-бабочка представляет собой слабое спаривание атома Ридберга и атома в основном состоянии, которое усиливается наличием резонанса формы в рассеянии между электроном Ридберга и атомом в основном состоянии. Этот новый тип атомной связи был теоретически предложен в 2002 году и характеризуется распределением электронной плотности, которое напоминает форму бабочки. [8] Вследствие нетрадиционного механизма связывания молекулы Ридберга-бабочки демонстрируют особые свойства, такие как множественные колебательные основные состояния при различных длинах связей и гигантские дипольные моменты, превышающие 500 дебаев.