基本介紹
- 中文名：高激發原子
- 外文名：highly excited atom
- 別名：里德伯原子
- 性質：價電子處於高量子態
介紹,性質,
介紹
高激發原子是價電子被激發到高激發態能級結構由里德伯能級公式描述的原子，也被稱為里德伯原子，俗稱巨原子或胖原子。里德伯原子具有許多奇異的特性，諸如半徑大、結合能小及壽命長等，因此已被當做探針用來進行基礎研究和多方面的套用，並已逐步發展成一門獨立的學科分支。
處在高激發態的氫原子是最簡單的里德伯原子，它的一個電子通過庫侖吸引力與質子相結合，產生一系列的能級式中RH是氫原子的里德伯常數，n是主量子數，n=1，2，3，…等整數。能量為En的里德伯原子的大小用電子繞核運動的平均半徑〈r〉n來描述， n=a1n2，這裡a1是玻爾半徑（見原子結構）。里德伯原子的壽命τn隨n3而增加。
其他的原子，甚至分子也可以產生里德伯態，只須用n*代替上式中的n，n*=n-μ。n*稱為有效量子數，μ 稱為量子數虧損。例如一個n=60的里德伯原子，它的半徑〈r〉60≈190.0nm，相當於一個“病毒”的大小，比基態的原子大了三個數量級，故稱為“巨原子”。這時它的結合能約為0.0038eV, 要比在室溫(300K)下粒子的熱平動能kT(約0.025eV)小得多，k是玻耳茲曼常數，而它的壽命卻比低激發態壽命（10-9秒）長了三個數量級(10-6秒)。
原子的光譜一般在真空紫外、紫外及可見光區；而里德伯原子的高激發態間的躍遷可產生紅外，微波及射頻波。例如n=630與640里德伯態間的躍遷產生 26MHz的射電波。如此巨大的原子很容易受到碰撞的影響而退激發，目前，自然界只在氣體密度極稀薄的宇宙空間才觀察到。
性質
高激發原子壽命長；半徑大；電偶極矩強；具有其它中性原子沒有的特性（里德堡原子間相互作用強度變化範圍很大，例如，主量子數為100S的兩個里德堡原子間相互作用強度約為基態中性原子間相互作用強度的1012倍；因此利用里德堡原子的這一獨有特性可以靈活地調節相互作用強度，從而能夠實現高保真度的各種量子門操作。）特性：
（1）構成一個有效的二能級系統。根據電偶極躍遷的選擇定則，l↔(l-1)，|m|↔(|m|-1)，即躍遷 只發生在兩個相鄰能級之間，從而構成一個有效的二能級系統。
（2）相鄰能級之間的躍遷產生或吸收微波波段的電磁輻射。
（3）具有大的電偶極躍遷矩陣元。
（4）具有長的能級壽命。
（5）里德堡原子具有較小的電離能，而相鄰能級具有不同的電離能，因此可以利用選擇性電離方法探測並 區分原子的兩個狀態。
