إثارة الإلكترون

إثارة الإلكترون هي انتقال إلكترون مرتبط إلى حالة طاقة أعلى، ولكنه لا يزال مرتبطًا . يمكن تحقيق ذلك عن طريق الإثارة الضوئية ، حيث يمتص الإلكترون فوتونًا ويكتسب كامل طاقته. ^{[ 1 ]} أو من خلال الإثارة التصادمية ، حيث يكتسب الإلكترون طاقة من تصادمه مع إلكترون آخر ذي طاقة عالية. ^{[ 2 ]} في الشبكة البلورية لأشباه الموصلات، تُعد الإثارة الحرارية عملية توفر فيها اهتزازات الشبكة طاقة كافية لنقل الإلكترونات إلى نطاق طاقة أعلى ، مثل مستوى فرعي أو مستوى طاقة أعلى. ^{[ 3 ]} عندما يعود الإلكترون المُثار إلى حالة طاقة أقل، فإنه يخضع لاسترخاء إلكتروني (إزالة الإثارة ^{[ 4 ]} ). ويصاحب ذلك انبعاث فوتون (استرخاء إشعاعي/ انبعاث تلقائي ) أو انتقال الطاقة إلى جسيم آخر. الطاقة المنبعثة تساوي الفرق في مستويات الطاقة بين حالات طاقة الإلكترون. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

تتميز الحالات المثارة في الأنظمة النووية والذرية والجزيئية بقيم طاقة مميزة، مما يسمح بامتصاص الطاقة الخارجية بالنسب المناسبة. ^{[ 6 ]}

بشكل عام، يختلف استثارة الإلكترونات في الذرات اختلافًا كبيرًا عن استثارتها في المواد الصلبة، وذلك بسبب اختلاف طبيعة مستويات الطاقة الإلكترونية والخصائص البنيوية لبعض المواد الصلبة. ^{[ 7 ]} يمكن أن تحدث الاستثارة الإلكترونية (أو إزالة الاستثارة) من خلال عدة عمليات، مثل:

• التصادم مع الإلكترونات ذات الطاقة الأعلى ( إعادة التركيب أوجيه ، التأين بالصدم ، ...)
• امتصاص / انبعاث الفوتون ،​
• امتصاص عدة فوتونات (ما يسمى بالتأين متعدد الفوتونات )؛ على سبيل المثال، ضوء الليزر شبه أحادي اللون .

توجد عدة قواعد تحكم انتقال الإلكترون إلى حالة الإثارة، تُعرف بقواعد الانتقاء . أولًا، كما ذُكر سابقًا، يجب أن يمتص الإلكترون كمية من الطاقة تُعادل فرق الطاقة بين مستوى طاقته الحالي ومستوى طاقة أعلى غير مشغول، وذلك لكي ينتقل إلى ذلك المستوى. وتستند القاعدة التالية إلى مبدأ فرانك-كوندون ، الذي ينص على أن امتصاص الإلكترون للفوتون والقفزة اللاحقة في مستويات الطاقة يحدثان بشكل شبه فوري. لا تستطيع نواة الذرة المرتبطة بالإلكترون التكيف مع تغير موضع الإلكترون في نفس النطاق الزمني (لأن النوى أثقل بكثير)، وبالتالي قد تنتقل النواة إلى حالة اهتزازية استجابةً لانتقال الإلكترون. ثانيًا، تنص القاعدة على أن كمية الطاقة التي يمتصها الإلكترون قد تسمح له بالانتقال من حالة أرضية اهتزازية وإلكترونية إلى حالة إثارة اهتزازية وإلكترونية. أما القاعدة الثالثة فهي قاعدة لابورت ، التي تشترط أن يكون لحالتي الطاقة اللتين ينتقل بينهما الإلكترون تناظر مختلف. القاعدة الرابعة هي أنه عندما يخضع الإلكترون لانتقال، يجب الحفاظ على حالة الدوران للجزيء/الذرة التي تحتوي على الإلكترون. ^{[ 8 ]}

في بعض الظروف، قد تُخرق بعض قواعد الانتقاء، وقد تقوم الإلكترونات المثارة بانتقالات "محظورة". تُعرف الخطوط الطيفية المرتبطة بهذه الانتقالات بالخطوط المحظورة .

• مستوى الطاقة
• النمط (الكهرومغناطيسية)