Các trạng thái của nguyên tử Nguyên tử trong từ trường

1. Sermina 7: Các trạng thái của nguyên tửNguyên tử trong từ trường GVHH: GS,TS Lê Khắc Bình HVTH: Phạm Thanh Tâm

2. Học liệu mở tiếng Việt: http://mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html

3. Nội dung trình bày • Moment từ của nguyên tử • Các trạng thái của nguyên tử – Liên kết L-S • Nguyên tử trong từ trường ngoài + Hiệu ứng Zeeman thường + Hiệu ứng Zeeman dị thường (Weak field) + Hiệu ứng Paschen-Back (Strong field)

4. 1. Moment từ của nguyên tử Tiến động hay tuế sai, là hiện tượng trong đó trục của vật thể quay (ví dụ một phần của con quay hồi chuyển) "lắc lư" khi mô men lực tác động lên nó. Trong hiện tượng này, khi một vật thể xoay tròn, trục của nó nghiêng và quay theo vòng tròn ngược hướng với hướng quay của vật thể. Nếu như vận tốc góc và mô men lực tác động lên vật thể quay là các hằng số thì trục sẽ tạo ra một hình nón. Trên chuyển động này, vận tốc góc luôn vuông góc với mô men lực.

5. Momen quỹ đạo của e Momen spin của e 1. Moment từ của nguyên tử Moment từ quỹ đạo và moment từ spin của electron Löôïng töû hoùa veà ñoä lôùn Löôïng töû hoùa veà khoâng gian Löôïng töû hoùa veà ñoä lôùn Löôïng töû hoùa veà khoâng gian Trạng thái electron được mô tả bởi các số lượng tử n, l, ml và ms

6. 1. Moment từ của nguyên tử Moment động lượng toàn phần của e Löôïng töû hoùa veà ñoä lôùn Löôïng töû hoùa veà khoâng gian Moment từ toàn phần của e Trạng thái electron được mô tả bởi các số lượng tử n, l, j và mj

7. 1. Moment từ của nguyên tử Moment qũy đạo tổng cộng Löôïng töû hoùa veà ñoä lôùn Löôïng töû hoùa veà khoâng gian Moment spin tổng cộng Löôïng töû hoùa veà ñoä lôùn Löôïng töû hoùa veà khoâng gian

8. 1. Moment từ của nguyên tử Moment từ qũy đạo tổng cộng của nguyên tử Moment từ spin tổng cộng của nguyên tử Moment từ toàn phần của nguyên tử Thöøa soá Landeù

9. 1. Moment từ của nguyên tử Liên kết j-j (Z>75) Liên kết L-S (Russell-Saunders) Z<50 Löôïng töû hoùa veà ñoä lôùn Löôïng töû hoùa veà khoâng gian

10. 2. Các trạng thái của nguyên tử – Liên kết L-S Các trạng thái của nguyên tử: L được hiểu là đại diện cho các chữ cái S ( khi L = 0 ), P ( khi L = 1 ), D( khi L = 2 ), F ( khi L = 3 ) , . . . Ví dụ : Các ký hiệu 3P0 ,3P1 ,3P2 và biểu thị cho các trạng thái của nguyên tử có cùng L = 1 và S = 1 nhưng có J khác nhau ( J = 0 , 1 và 2 ). 3P012 Các nguyên tử có các lớp vỏ hoàn toàn đầy electron có mô-men tổng cộng bằng 0.

11. 2. Các trạng thái của nguyên tử – Liên kết L-S VD: tìm sơ đồ trạng thái của 2 điện tử tương đương nd2 n1=n2; l1=l2=2; s1=s2=1/2 l1=2, l2=2  L=0,1,2,3,4 s1=s2=1/2  S=0,1 n1d,n2d: có 10 số hạng và 18 mức 1S0, 1P1, 1D2, 1F3, 1G4, 3S1, 3P012, 3D123, 3F234, 3G345

12. 2. Các trạng thái của nguyên tử – Liên kết L-S Áp dụng nguyên lý loại trừ Pauli Vì 2 điện tử là tương đương nên: n1=n2; l1=l2=2 + L = 0, 2, 4 thì ml1 = ml2 ms1≠ ms2  S = 0 Kyù hieäu cuûa caùc traïng thaùi naøy nhö sau : * L = 4 , S = 0 vaø J = L + S = 4 : 1 G4 ( singlet ) * L = 2 , S = 0 vaø J = L + S = 2 : 1 D2 ( singlet ) * L = 0 , S = 0 vaø J = L + S = 0 : 1 S0 ( singlet ) + L = 1, 3 thì ml1 ≠ ml2 ms1= ms2  S = 1 • Ký hiệu của các trạng thái này như sau : • L = 3 , S = 1 • J = (L+ S) , (L+ S) -1, | L-S | = 4 , 3 , 2 . • L = 1 , S = 1 • J = (L+ S), (L+ S) -1, | L - S | = 2 , 1 , 0 . Bội 3 : 3F234 Bội 3 : 3P012 Có 5 số hạng với 9 mức

13. 3. Nguyên tử trong từ trường ngoài Hamiltonian toàn phần của ntử trong từ trường VB : thế nhiễu loạn do từ trường ngoài µJ: moment từ toàn phần µl: moment từ qũy đạo µs : moment từ spin Áp dụng lý thuyết hàm phân bố đối với Hamiltonian toàn phần của ntử ta được độ suy biến các mức năng lượng trong từ trường

14. 3. Nguyên tử trong từ trường ngoài Hiệu ứng Zeeman thường Xuất hiện khi nguyên tử có spin bằng 0 khi đó Khi đó chỉ còn moment quỹ đạo chuyển động tiến động quanh từ trường B

15. 3. Nguyên tử trong từ trường ngoài VD: L = 1, S = 0 và J = L + S = 1 : 1P1 Quy tắc chọn lọc cho mL: mL =0, ±1.

16. 3. Nguyên tử trong từ trường ngoài Hiệu ứng Zeeman dị thường trong từ trường yếu Trong từ trường yếu, liên kết (L-S) được bảo toàn, tức moment toàn phần MJ không thay đổi Phải chiếu lên trục PJ, sau đó PJ mới chiếu lên trục của từ trg

17. 3. Nguyên tử trong từ trường ngoài Quy tắc chọn lọc cho mL: mJ =0, ±1.

18. 3. Nguyên tử trong từ trường ngoài Hiệu ứng Zeeman dị thường trong từ trường mạnh Hiệu ứng Paschen-Back Từ tường mạnh sẽ làm đứt các liên kết L-S nên các moment tổng cộng PL và PS sẽ chuyển động tiến động quanh từ trường, tương ứng với sự tương tác của các moment từ với từ trường. Quy tắc lựa chọn:

19. 3. Nguyên tử trong từ trường ngoài Do vậy: trong thực nghiệm hiệu ứng xảy ra như sau: + khi không áp từ trường, các mức năng lượng bị tách thành các mức En. Do đó, năng lượng kích thích phải E ≥ En – En-1 thì mới xảy ra hiện tượng hấp thu + khi áp điện trường, các mức năng lượng bị tách thành nhiều mức En ± ∆E. Do đó, có rất nhiều các trạng thái dịch chuyển diễn ra nếu năng lượng kích thích lớn hơn hoặc bằng độ rộng giữa các mức

20. 3. Nguyên tử trong từ trường ngoài

21. The end