Assunto Rydberg - Rydberg matter
A matéria de Rydberg é uma fase exótica da matéria formada por átomos de Rydberg ; foi previsto por volta de 1980 por É. A. Manykin , MI Ozhovan e PP Poluéktov . Foi formado a partir de vários elementos como césio , potássio , hidrogênio e nitrogênio ; estudos têm sido conduzidos sobre possibilidades teóricas como sódio , berílio , magnésio e cálcio . Foi sugerido ser um material de onde podem surgir bandas interestelares difusas . Os estados circulares de Rydberg, onde o elétron mais externo é encontrado em uma órbita circular planar, são os mais longevos, com vidas de até várias horas, e são os mais comuns.
Físico
A matéria de Rydberg consiste de aglomerados planares hexagonais ; estes não podem ser muito grandes por causa do efeito de retardamento causado pela velocidade finita da velocidade da luz. Portanto, eles não são gases ou plasmas; nem são sólidos ou líquidos; eles são mais semelhantes a plasmas empoeirados com pequenos aglomerados em um gás. Embora a matéria de Rydberg possa ser estudada em laboratório por sondagem a laser , o maior aglomerado relatado consiste em apenas 91 átomos, mas foi demonstrado que ele está atrás de nuvens estendidas no espaço e na atmosfera superior dos planetas. A ligação na matéria de Rydberg é causada pela deslocalização dos elétrons de alta energia para formar um estado geral de energia mais baixa. A maneira pela qual os elétrons se deslocam é para formar ondas estacionárias em loops ao redor dos núcleos, criando o momento angular quantizado e as características definidoras da matéria de Rydberg. É um metal generalizado por meio dos números quânticos que influenciam o tamanho do loop, mas restrito pelo requisito de ligação para uma correlação eletrônica forte; mostra propriedades de correlação de troca semelhantes às ligações covalentes. A excitação eletrônica e o movimento vibracional dessas ligações podem ser estudados por espectroscopia Raman .
Vida
Devido a motivos ainda debatidos pela comunidade física devido à falta de métodos para observar aglomerados, a matéria Rydberg é altamente estável contra a desintegração por emissão de radiação; a vida útil característica de um cluster em n = 12 é de 25 segundos. As razões apresentadas incluem a falta de sobreposição entre os estados excitado e fundamental, a proibição de transições entre eles e os efeitos da correlação de troca que dificultam a emissão por meio da necessidade de tunelamento que causa um longo atraso na diminuição da excitação. A excitação desempenha um papel na determinação do tempo de vida, com uma excitação mais alta dando uma vida mais longa; n = 80 dá uma vida comparável à idade do Universo.
Excitações
| n | d (nm) | D (cm −3 ) |
|---|---|---|
| 1 | 0,153 | 2,8 × 10 23 |
| 4 | 2,45 | |
| 5 | 3,84 | |
| 6 | 5,52 | |
| 10 | 15,3 | 2,8 × 10 17 |
| 40 | 245 | |
| 80 | 983 | |
| 100 | 1534 | 2,8 × 10 11 |
Em metais comuns, as distâncias interatômicas são quase constantes em uma ampla gama de temperaturas e pressões; este não é o caso da matéria de Rydberg, cujas distâncias e, portanto, propriedades variam muito com as excitações. Uma variável chave na determinação dessas propriedades é o número quântico principal n, que pode ser qualquer número inteiro maior que 1; os valores mais altos relatados para isso são cerca de 100. A distância de ligação d na matéria de Rydberg é dada por
onde um 0 é o raio de Bohr . O fator aproximado 2,9 foi determinado experimentalmente primeiro, depois medido com espectroscopia rotacional em diferentes clusters. Exemplos de d calculado dessa forma, junto com os valores selecionados da densidade D , são fornecidos na tabela ao lado.
Condensação
Como os bósons que podem ser condensados para formar condensados de Bose-Einstein , a matéria Rydberg pode ser condensada, mas não da mesma forma que os bósons. A razão para isso é que a matéria Rydberg se comporta de forma semelhante a um gás, o que significa que não pode ser condensada sem a remoção da energia de condensação; a ionização ocorre se isso não for feito. Todas as soluções para esse problema até agora envolvem o uso de uma superfície adjacente de alguma forma, sendo a melhor evaporação dos átomos dos quais a matéria de Rydberg deve ser formada e deixando a energia de condensação na superfície. Usando átomos de césio , superfícies cobertas de grafite e conversores termiônicos como contenção, a função de trabalho da superfície foi medida em 0,5 eV, indicando que o cluster está entre o nono e décimo quarto níveis de excitação.
Veja também
A visão geral fornece informações sobre a matéria Rydberg e possíveis aplicações no desenvolvimento de energia limpa, catalisadores, pesquisa de fenômenos espaciais e uso em sensores.