Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ТОНКАЯ СТРУКТУРА

ТОНКАЯ СТРУКТУРА

ТОНКАЯ СТРУКТУРА (мультиплетное расщепление) уровней энергии - расщепление уровней энергии (термов) атома, молекулы или кристалла, обусловленное гл. обр. спин-орбитальным взаимодействием. Тонкое расщепление уровней - причина возникновения T. с. спектральных линий. Мультиплетное расщепление электронных уровней энергии молекул связано с т. н. взаимодействием спин - ось.

Спин-орбитальное взаимодействие играет осн. роль в атомах с одним электроном сверх заполненных оболочек, а также атомов, расположенных в середине и в конце периодич. системы. Число подуровней, на к-рое расщепляется уровень энергии с полным орбитальным моментом L и полным спином S при S<=L, равно мультиплетности уровня энергии 2S+1, а при S>L оно равно 2L+1.

Каждый подуровень (компонента T. с.) характеризуется квантовым числом J полного момента импульса электрона: J= L + S. Разности энергий между соседними компонентами T. с. уровня энергии с данными L и S в большинстве случаев, когда понятие T. с. имеет смысл, удовлетворяют правилу интервалов Ланде: где А- постоянная спин-орбитального взаимодействия, зависящая только от L и S. Для высоко возбуждённых уровней , где -эффективное главное квантовое число, d_l - квантовый дефект. В многоэлектронных атомах правило интервалов Ланде иногда нарушается вследствие взаимодействия (наложения) конфигураций, а также магн. взаимодействий между спинами электронов и взаимодействий спина одного электрона с орбитальными моментами др. электронов (взаимодействие спин - чужая орбита). Последние два типа взаимодействий играют важную роль в гелиеподобных и нек-рых др. лёгких атомах и ионах.

В спектрах водородоподобных атомов (S=1/2) сдвиг уровня энергии (с учётом зависимости массы от скорости) равен:

где - тонкой структуры постоянная; Z- заряд ядра; n- главное квантовое число.

Величина тонкого расщепления ниж. уровней у самых лёгких атомов (H, Не, Li, Be) порядка 0,1 - 1 см ^-1 и быстро растёт с увеличением атомного номера (заряда ядра). Напр., расщепление осн. уровня энергии атома иода (Z =53) составляет 7603 см ^-1.

О T. с. уровней энергии атома имеет смысл говорить лишь в том случае, когда достаточно хорошо выполняется приближение LS- или jK -связи (см. Связь векторная )и тонкое расщепление мало по сравнению с расстоянием между уровнями энергии.

Иногда термином "Т. с." наз. пики или провалы в пределах контура спектральной линии, возникающие по к.-л. причине.

Лит. см. при статьях Атом, Атомные спектры, Молекула.

E. А. Юков.