انتقال الإلكترون الذري

في الفيزياء الذرية والكيمياء ، الانتقال الذري للإلكترون (يُسمى أيضًا الانتقال الذري أو القفزة الكمومية أو القفزة الكمومية) هو إلكترون يتغير من مستوى طاقة إلى آخر داخل ذرة ^[1] أو ذرة اصطناعية . ^[2] لم يتم قياس المقياس الزمني للقفزة الكمومية تجريبياً. ومع ذلك، فإن مبدأ فرانك-كوندون يربط الحد الأعلى لهذه المعلمة بترتيب الأتوثانية . ^[3]

تصدر الإلكترونات التي تقفز إلى مستويات طاقة أصغر n إشعاعًا كهرومغناطيسيًا في شكل فوتون. يمكن للإلكترونات أيضًا امتصاص الفوتونات المارة، مما يؤدي إلى قفزة كمية إلى مستوى أعلى n. كلما زاد الفصل الطاقي بين الحالة الأولية والنهائية للإلكترون، كلما كان طول موجة الفوتونات أقصر . ^[4]

كان الفيزيائي الدنماركي نيلز بور أول من وضع نظرية مفادها أن الإلكترونات قادرة على القيام بقفزات كمية في عام 1913. ^[5] وبعد فترة وجيزة، أثبت جيمس فرانك وجوستاف لودفيج هيرتز تجريبياً أن الذرات لها حالات طاقة كمية. ^[6]

تم التنبؤ بإمكانية ملاحظة القفزات الكمية بواسطة هانز ديميلت في عام 1975 ، وتم رصدها لأول مرة باستخدام أيونات الباريوم المحاصرة في جامعة هامبورغ والزئبق في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا في عام 1986. ^[4]

تتفاعل الذرة مع المجال الكهربائي المتذبذب:

${\displaystyle E(t)=|{\textbf {E}}_{0}|Re(e^{-i{\omega }t}{\hat {\textbf {e}}}_{\mathrm { راد} })}$

( 1 )

بسعة وتردد زاوي ومتجه استقطاب . ^[7] لاحظ أن الطور الفعلي هو . ومع ذلك، في كثير من الحالات، يكون الاختلاف في صغيرًا على الذرة (أو على نحو مكافئ، يكون طول موجة الإشعاع أكبر بكثير من حجم الذرة) ويمكن تجاهل هذا المصطلح. وهذا ما يسمى تقريب ثنائي القطب. يمكن للذرة أيضًا أن تتفاعل مع المجال المغناطيسي المتذبذب الناتج عن الإشعاع، وإن كان ذلك بشكل أضعف بكثير. ${\displaystyle |{\textbf {E}}_{0}|}$${\displaystyle \omega }$${\displaystyle {\hat {\textbf {e}}}_{\mathrm {rad} }}$${\displaystyle (\omega t-{\textbf {k}}\cdot {\textbf {r}})}$${\displaystyle {\textbf {k}}\cdot {\textbf {r}}}$

إن هاملتونيان هذا التفاعل، الذي يشبه طاقة ثنائي القطب الكلاسيكي في مجال كهربائي، هو . ويمكن حساب معدل الانتقال المحفز باستخدام نظرية الاضطراب المعتمدة على الوقت ؛ ومع ذلك، يمكن تلخيص النتيجة باستخدام قاعدة فيرمي الذهبية : يمكن تحليل عنصر مصفوفة ثنائي القطب إلى حاصل التكامل الشعاعي والتكامل الزاوي. يكون التكامل الزاوي صفرًا ما لم يتم استيفاء قواعد الاختيار للانتقال الذري. ${\displaystyle H_{I}=e{\textbf {r}}\cdot {\textbf {E}}(t)}$$${\displaystyle معدل\propto |eE_{0}|^{2}\times |\langle 2|{\textbf {r}}\cdot {\hat {\textbf {e}}}_{\mathrm {rad} }|1\rangle |^{2}}$$

في عام 2019، تم إثبات ذلك في تجربة أجريت على ذرة اصطناعية فائقة التوصيل تتكون من اثنين من البتات الكمومية الترانسمونية المهجنة بقوة الموضوعة داخل تجويف مرنان القراءة عند 15 م كلفن ، أن تطور بعض القفزات مستمر ومتماسك وحتمي وقابل للعكس. ^[8] من ناحية أخرى، فإن القفزات الكمومية الأخرى غير متوقعة بطبيعتها. ^[9]

• شرودنجر، إروين (أغسطس 1952). "هل هناك قفزات كمية؟ الجزء الأول" (PDF) . المجلة البريطانية لفلسفة العلوم . 3 (10): 109-123. doi :10.1093/bjps/iii.10.109. الجزء الثاني
• "لا توجد قفزات كمية، ولا توجد جسيمات!" بقلم HD Zeh، رسائل الفيزياء A172 ، 189 (1993).
• بال، فيليب (5 يونيو 2019). "القفزات الكمية، التي طالما افترضنا أنها فورية، تستغرق وقتًا". مجلة كوانتا . تم الاسترجاع في 6 يونيو 2019 .
• "البلازمون السطحي عند واجهة معدنية عازلة مع طبقة انتقالية من إبسيلون إلى شبه صفر" بقلم كيفن روكابريوري وآخرون، المراجعة الفيزيائية ب 103 ، L161404 (2021).