Введение к работе
Диссертация посвящена экспериментальным исследованиям динамики фотодиссоциации двухатомных молекул TIBr, Csi и Rbl методами поляризационной спектроскопии фотофрагментов (ПСФ\ основанном на изучении анизотропии распределения электронных угловых моментов (ориентация и выстраивание) продуктов фотодиссоциашш.
Актуальность темы
Фотохимические процессы, сопровождающиеся диссоциацией молекул в газовой фазе, играют существенную роль а физике и химьи атмосферы Земли и планет, космического пространства. Они являются объектом научных исследований, носяших как фундаментальный, так и прикладной характер. Эти процессы нашли применение в разработке новых типов фотодиссоциационных лазеров, технике разделения изотопов, при решении экологических задач, в технологических процессах |1-3].
Процессы фотодиссоциации обладают рядом особенностей, которые
зместе с тем создают некоторые сложности при их наблюдении и
«следовании. Во-первых, эти явления характеризуются временами
юрядка т=10"9-!0"пс. Во-вторых, фотохимические реакции
;арактеризуются большой сложностью и разветвленностыо, гак как >бы«но происходят одновременно по нескольким взаимозависимым :аналам. Несмотря на значительные усилия, динамика многих ютохимнческих реакций к настоящему моменту изучега недостаточно.
Метод ПСФ позволяет получать информацию о весьма тонких еталях фотопроцесса и основан на изучении электронной поляризации гомон, образующихся в результате фотодиссопиацни. Предскамнный меч двадцати лет назад [4], этот эффект понюлил создан, очень кВС1»п1с.'1Ы1Ып инсіруменг исследования. поскольку поляризация
образующихся атомов зависит от симметрии возбужденных молекулярных состояний и их когерентных суперпозиций, динамики разлета фрагментов (например, неадиабатических переходов между термами) и их взаимодействия на больших межъядерных расстояниях [5-8]. К началу данной работы метод был опробован для регистрации и исследования непзлучающих атомов цезия и таллия, находящихся в основном состоянии и образующихся при фотодиссоциации молекул Csl и TIBr [9,10], а также построения модели процесса фотоднссоциации с учетом различных видов взаимодействия в распадающейся молекуле [7,14].
Цель работы.
В задачу исследования входило: Разработка и экспериментальная реализация методики регистрации и исследования ориентированных и выстроенных метастабильных атомов таллия, образовавшихся при фотодиссоциации молекул ТШг линейно и циркулярно поляризованным лазерным излучением с длиной волны
266 НМ. ''. ;
Разработка методики и исследование ориентации, сверхтонких подуровней основного состояния атомов щелочных металлов (Rb,Csj, образующихся при фотодиссоциации щелочно-галоидных молекул (Rbl, Csl) циркулярно поляризованным лазерным излучением. - Разработка методики регистрации поляризованных фотофрагментов с использованием эффекта Фарадея и ее применения для исследования ориентированных атомов Rb, образующихся при фотодиссоциации молекул Rbl.
Научная новизна полученных результатов.
- В диссертации разработаны и экспериментально проверены мешдики
образования и., исследования ориентированных и выстроенных
неизлучающих атомов таллия, рубидия и цезия, рожденных в резулыате
фотодиссоциации соответствующих галогеисодержащих двухатомных
молекул. Экспериментально измерены степень электронной ориентации и
выстраивания метастабильных атомов ТІ, образующихся при
фотодиссоциацин молекул TIBr, и степень электронной ориентации атомов
Rb и Cs, образующихся при фстодиссоциаціш молекул Rbl и Csl через
второе возбужденное состояние.
- На основаши теории образования поляризованных атомных фрагментов
[7] экспериментальные результаты интерпретированы с учетом различных
видов взаимодействий в распадающейся молекуле. Показано, что метод
ПСФ позволяет получить существенную информацию о динамике
процесса фотораспада, зачастую недоступную другим экспериментальным
методикам,
Для регистрации поляризованных фотофрагментов примечен метод Фарадея, заключающийся в измерении угла поворота плоскости поляризации нерезонансного пробного излучения. Проведенный анализ пок;.зал, ч-. о по сравнению с традиционно используемым в ПСФ методом поглощения резонансного пробного излучения метод фарадеевской регистрации обладает преимуществом при ре, истрацни высоких концентраций фотофрагментов.
Защищаемые положения
-
Разработаны и экспериментально реализованы методики регистрации ориентированных и выстроенных метастабильных 62Рдд атомов таллия, образовавшихся при фотодиссоциации молекул TIBr линейно и циркулярно поляризованным лазерным излучением с длиной волны 266 нм. Определены степени ориентации и выстраивания атомов галлия в момент их рождения Р « 0.'9 ± 0.02 и А = 0.17 ± 0.04. Полученные экспериментальные результаты интерпретированы с учетом дальнодействующего квадруполь-квадрупольното взаимодействия между атомами таллия и брома.
-
Экспериментально обнаружены ориентированные атомы цезия., образовавшгіся в результате фотодиссоциации молекул Csl через второе возбужденное состояние под действием циркулярно поляризованного излучения. Определена степень начальной спиновой ориентации атомов цезия Р-0.13 + 0.02. Полученные экспериментальные результаты качественно интерпретированы с учетом возможных неадиабатических взаимодействий и когерентности состояний в распадающейся молекуле.
3. Разработана методика исследования ориентации сверхтонких
подуровней основного состояния атомов шелочных' металлов (Rb,Cs),
образующихся при фотодиссопиации щелочно-галоидных молекул (Rbl,
CsD Определена степень начальной спиновой ориентации атомов
рубидия asRb: Ре=0.11±0.02 87Rb: Рс= 0.1+0.03.
^.Разработана методика регистрации поляризованных фотофрагментов с использованием эффект Фарадея и проведена ее апробация для исследования ориентированных атомов 85Rb, образующихся ігри фотодиссоцчацин молекул Rbl. Показано, что зі« техника регистрации
7 имеет преимущества перед методикой резонансного поглощения в
условиях оптически толстого слоя.
Практическая ценность работы
Возможными применениями рассмотренных в диссертации метоцнк может быть получение поляризованных атомов, находящихся в основном или возбужденном состояниях для исследования дньамикн химических реакций или использованмя их в устройствах квантовой электроники. Изучение поляризованных фотофрагмептов является чувстпчтелыгым инструментом исследования, который позволяет получать дополнительную информацию, недоступную другим методам.
Апробация работы
Результаты ланкой работы докладывались на следующих национальных и международных конференциях:
5-я и б-я Всероссийские конференции по лазерной химии (1992. 1993г, Туапсе); XV Международные конференции по атомной физике (ІСЛР. Amsterdam, The Netherlands, 1996); 5-я Европейская конференция по атомной и молекулярной физике (ECAMP, Edinburgh, U.K., 1995); 15-я Международная конференция по ко.ерентной и нелинейной Оп-ике, С.Петербург, 1995 г.; X Европейская конференция по динамике молекулярных столкновений (MOLEC, Salamanca, Spain, 1994); 29 Европейская конференция по атомной спектроскопии (EGAS, Berlin, Germany, 1997). Публикации.
Основные результаты диссертации опуСлнкованы в четырех статьях, а также тезисах докладов конференций. Список публикаций приведен и конце автореферата
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 77 наименований. Общий объем диссертации - 103 страницы машинописного текста, включая 43 рисунка.
