Молекула Ридберга представляет собой электронно-возбужденную химическую разновидность . Электронно-возбужденные молекулярные состояния, как правило, совершенно отличаются по своему характеру от электронно-возбужденных атомных состояний. Однако, особенно для молекулярных систем с высоким электронным возбуждением, взаимодействие ионного остова с возбужденным электроном может принимать общие аспекты взаимодействия между протоном и электроном в атоме водорода. Спектроскопическое отнесение этих состояний следует формуле Ридберга , названной в честь шведского физика Йоханнеса Ридберга , и они называются ридберговскими состояниями молекул. Ряды Ридберга связаны с частичным удалением электрона из ионного ядра.
Каждая серия энергий 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 приближаетесь к пороговой энергии ионизации, тем выше главное квантовое число и тем меньше разница в энергии между близкими к порогу ридберговскими состояниями. По мере того как электрон переходит на более высокие энергетические уровни в серии Ридберга, пространственное отклонение электрона от ионного остова увеличивается, и система больше напоминает квазиклассическую картину Бора.
Ридберговские состояния молекул с низкими главными квантовыми числами могут взаимодействовать с другими возбужденными электронными состояниями молекулы. Это может вызвать сдвиги в энергии. Назначение молекулярных состояний Ридберга часто включает в себя следование ряду Ридберга от промежуточных до высоких главных квантовых чисел. Энергию ридберговских состояний можно уточнить, включив в формулу Ридберга поправку, называемую квантовым дефектом. Квантовая коррекция дефектов может быть связана с наличием распределенного ионного остова.
Экспериментальное исследование молекулярных ридберговских состояний проводилось традиционными методами на протяжении нескольких поколений. Однако развитие лазерных методов, таких как резонансно-ионизационная спектроскопия, позволило относительно легко получить доступ к этим ридберговским молекулам в качестве промежуточных продуктов. Это особенно верно для спектроскопии многофотонной ионизации с резонансной усиленной ионизацией ( REMPI ), поскольку многофотонные процессы включают в себя другие правила отбора, чем однофотонные процессы. Исследование ридберговских состояний с высокими главными квантовыми числами породило ряд спектроскопических методов. Эти «околопороговые состояния Ридберга» могут иметь длительное время жизни, особенно для состояний с более высоким орбитальным угловым моментом, которые не сильно взаимодействуют с ионным ядром. Молекулы Ридберга могут конденсироваться с образованием кластеров ридберговского вещества , которое имеет увеличенное время жизни при снятии возбуждения.
Дигелий (He 2 * ) был первой известной молекулой Ридберга. [1]
В 2009 году исследователями из Штутгартского университета был наконец создан другой тип молекулы Ридберга . Там взаимодействие между ридберговским атомом и атомом основного состояния приводит к новому типу связи . Два атома рубидия были использованы для создания молекулы, которая просуществовала 18 микросекунд. [2] [3]
В 2015 году «трилобитную» молекулу Ридберга наблюдали исследователи из Университета Оклахомы . [4] Эта молекула была теоретизирована в 2000 году и характеризуется распределением электронной плотности, которое напоминает форму трилобита в цилиндрических координатах . [5] Эти молекулы имеют время жизни в десятки микросекунд и электрические дипольные моменты до 2000 Дебая .
В 2016 году молекула Ридберга-бабочки наблюдалась в сотрудничестве с исследователями из Технологического университета Кайзерслаутерна и Университета Пердью . [6] [7] Ридберговская молекула-бабочка представляет собой слабую пару ридберговского атома и атома в основном состоянии, которая усиливается за счет присутствия резонанса формы при рассеянии между ридберговским электроном и атомом в основном состоянии. Этот новый вид атомной связи был теоретизирован в 2002 году и характеризуется распределением электронной плотности, напоминающим форму бабочки. [8] Вследствие нетрадиционного механизма связывания молекулы Ридберга-бабочки демонстрируют необычные свойства, такие как множественные основные колебательные состояния при разных длинах связей и гигантские дипольные моменты, превышающие 500 дебаев.