Состояния Ридберга [ 1] атома или молекулы являются электронно- возбужденными состояниями с энергиями, которые следуют формуле Ридберга, поскольку они сходятся к ионному состоянию с энергией ионизации . Хотя формула Ридберга была разработана для описания атомных энергетических уровней, она использовалась для описания многих других систем, которые имеют электронную структуру, примерно похожую на атомарный водород. [2] В общем, при достаточно высоких главных квантовых числах возбужденная электронно-ионная остовная система будет иметь общий характер водородной системы , а энергетические уровни будут следовать формуле Ридберга. Состояния Ридберга имеют энергии, сходящиеся к энергии иона. Порог энергии ионизации — это энергия, необходимая для полного освобождения электрона из ионного ядра атома или молекулы. На практике волновой пакет Ридберга создается лазерным импульсом на водородном атоме и, таким образом, заселяет суперпозицию ридберговских состояний. [3] Современные исследования с использованием экспериментов с зондом-насосом показывают молекулярные пути – например, диссоциацию (NO) 2 – через эти особые состояния. [4]
Ряды Ридберга описывают энергетические уровни, связанные с частичным удалением электрона из ионного ядра. Каждый ряд Ридберга сходится к порогу энергии ионизации , связанному с определенной конфигурацией ионного ядра. Эти квантованные уровни энергии Ридберга можно связать 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 Ридберга вблизи порога». По мере того, как электрон продвигается на более высокие энергетические уровни, пространственное отклонение электрона от ионного ядра увеличивается, и система становится более похожей на квазиклассическую картину Бора .
Энергию состояний Ридберга можно уточнить, включив в формулу Ридберга поправку, называемую квантовым дефектом. Поправка на «квантовый дефект» связана с наличием распределенного ионного ядра. Даже для многих 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, и они называются ридберговскими состояниями молекул.
Хотя энергетическая формула серии Ридберга является результатом водородоподобной структуры атома, состояния Ридберга также присутствуют в молекулах. Волновые функции высоких состояний Ридберга очень размыты и охватывают диаметры, которые стремятся к бесконечности. [ требуется указание источника ] [ неопределенно ] В результате любая изолированная нейтральная молекула ведет себя как водородоподобный атом на пределе Ридберга. Для молекул с несколькими стабильными одновалентными катионами могут существовать несколько серий Ридберга. Из-за сложности молекулярных спектров низколежащие состояния Ридберга молекул часто смешиваются с валентными состояниями с аналогичной энергией и, таким образом, не являются чистыми состояниями Ридберга. [5]