Методические указания к курсу "Атомная спектроскопия". Шунина В.А - 23 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

23
Для того , чтобы магнитное поле считалось слабым, то есть не разрушало бы (L,S)-
связь, расстояние
E
δ
должно быть значительно меньше спин-орбитального
взаимодействия (величины мультиплетного расщепления).Из этого условия
получают численное значение B<<100 Тл .,то есть с практической точки зрения
поле может быть достаточно сильным. К примеру, в ферромагнетиках можно
получить
max
B2
≈
Тл .
Итак , энергию атома, находящегося в слабом магнитном поле, теперь можно
записать следующим образом:
(
)
(
)
(
)
JJ
=+∆
.
Здесь
(
)
J
EL,S,J,m
- энергия атома в магнитном поле,
(
)
EL,S,J
- энергия
изолированного атома. Частота фотона, испущенного атомом в магнитном поле,
вычисляется из формулы
(
)
(
)
iiiJifffJf
B
EL,S,J,mEL,S,J,m
h
−
ν=
,
которую можно преобразовать к виду:
()
B
BoiJifJf
B
gmgm
h
µ
ν=ν+−,
(*)
где
(
)
(
)
iiifff
o
EL,S,JEL,S,J
h
−
ν=
частота фотона, испущенного изолированным атомом. Из формул следует, что
спектральные линии источника света, находящегося в магнитном поле,
расщепляется на несколько компонент. Такое явление называется эффектом
Зеемана. Очевидно, что расщепление линий вызвано расщеплением термов .
Картина зеемановского расщепления заданной спектральной линии определяется
расщеплением комбинирующих уровней и правилами отбора для магнитного
квантового числа.
Спектральная линия расщепляется на столько составляющих, сколько значений
приобретает разность
(
)
iJifJf
gmgm
−
. Фотон испускается , если выполняются в
дипольном приближении правила отбора
J
m0,1
∆=±
.
Составляющие расщепленной спектральной линии, для которых
J
m0
∆=
,
называются
π
-компонентами и принадлежат линейно поляризованному свету , для
которого электрический вектор
E
r
колеблется вдоль направления внешнего
магнитного поля. Составляющие, удовлетворяющие правилу отбора
J
m1
∆=±
,
называются σ - компонентами и соответствуют свету круговой поляризации, для
B 
                                                  23

Дл я того, чтобы магн и тн ое пол е счи тал ось сл абы м, то есть н е разру шал о бы (L,S)-
св язь, расстоян и е δE дол ж н о бы ть зн ачи тел ьн о мен ьше спи н -орби тал ьн ого
в заи модей ств и я (в ел и чи н ы му л ьти пл етн ого расщ епл ен и я).И з этого у сл ов и я
пол у чают чи сл ен н ое зн ачен и е B<<100 Тл .,то есть с прак ти ческ ой точк и зрен и я
пол е мож ет бы ть достаточн о си л ьн ы м. К при меру , в ф ерромагн ети к ах мож н о
пол у чи ть Bmax ≈ 2 Тл .
И так , эн ерги ю атома, н аходящ егося в сл абом магн и тн ом пол е, теперь мож н о
запи сать сл еду ющ и м образом:

                          E ( L,S,J,m J ) = E ( L,S, J ) + ∆E ( L,S,J,m J ) .

З десь E ( L,S,J,m J ) - эн ерги я атома в магн и тн ом пол е, E ( L,S,J ) - эн ерги я
и зол и ров ан н ого атома. Частота ф отон а, и спу щ ен н ого атомом в магн и тн ом пол е,
в ы чи сл яется и з ф орму л ы
                               E ( Li ,Si , J i ,m Ji ) − E ( Lf ,Sf ,J f ,m Jf )
                          νB =                                                    ,
                                                        h

к отору ю мож н о преобразов ать к в и ду :
                                    µ B                                                (*)
                       ν B = ν o + B ( g i m Ji − g f m Jf ) ,
                                       h
где
                                 E ( Li ,Si ,J i ) − E ( Lf ,Sf , J f )
                           νo =
                                                   h

частота ф отон а, и спу щ ен н ого и зол и ров ан н ы м атомом. И з ф орму л сл еду ет, что
спек трал ьн ы е л и н и и и сточн и к а св ета, н аходящ егося в магн и тн ом пол е,
расщ епл яется н а н еск ол ьк о к омпон ен т. Так ое яв л ен и е н азы в ается эф ф ек том
З ееман а. О чев и дн о, что расщ епл ен и е л и н и й в ы зв ан о расщ епл ен и ем термов .
К арти н а зееман ов ск ого расщ епл ен и я задан н ой спек трал ьн ой л и н и и определ яется
расщ епл ен и ем к омби н и ру ющ и х у ров н ей и прав и л ами отбора дл я магн и тн ого
к в ан тов ого чи сл а.
Спек трал ьн ая л и н и я расщ епл яется н а стол ьк о состав л яющ и х, ск ол ьк о зн ачен и й
при обретает разн ость ( g i m Ji − g f m Jf ) . Ф отон и спу ск ается, есл и в ы пол н яются в
ди пол ьн ом при бл и ж ен и и прав и л а отбора

                                            ∆m J = 0, ±1.

Состав л яющ и е расщ епл ен н ой спек трал ьн ой л и н и и , дл я к оторы х ∆m J = 0 ,
н азы в аются π -к омпон ен тами и при н rадл еж ат л и н ей н о пол яри зов ан н ому св ету , дл я
к оторого эл ек три ческ и й в ек тор E к ол ебл ется в дол ь н аправ л ен и я в н ешн его
магн и тн ого пол я. Состав л яющ и е, у дов л етв оряющ и е прав и л у отбора ∆m J = ±1 ,
н азы в аются σ-к омпон ен тами и соотв етств у ют св ету к ру гов ой пол яри заци и , дл я

                                                       B

Страницы