图III.1:第一六个氢轨道的概率密度。显示了主量子数(n = 1,2,3)和角动量量子数(`= 0,1,2 = s,p,d)。(这些图中的磁量子数M = 0。)[fif。来自Wikipedia Commons]
电磁辐射的性质,光电效应,氢原子的光谱,氢原子的玻尔模型 - 其假设,电子能量与不同轨道半径关系的推导,玻尔模型的局限性,物质的二重性质,德布罗意关系,海森堡不确定性原理,量子力学的基本概念,原子的量子力学模型及其重要特征,原子轨道作为单电子波函数的概念,1s 和 2s 轨道的 - 和 -2 随 r 的变化,各种量子数(主量子数、角动量量子数和磁量子数)及其意义,s、p 和 d 轨道的形状,电子自旋和自旋量子数,轨道中电子填充规则 - 构建原理,泡利不相容原理和洪特规则,元素的电子排布以及半满和全满轨道的额外稳定性。
在本文中,我们预测在原子阵列中存在超固体相,其中所有原子都被激发到它们的里德堡态。我们专注于两个具有相反宇称的里德堡态的系统,其中两个态之间的轨道角动量 l 相差一,即∆ l = 1。在这里,原子对之间的共振偶极-偶极相互作用通常比色散范德华相互作用强得多,后者从二阶偶极-偶极相互作用产生到非共振对势。我们建议使用具有不同主量子数∆ n,0 的两个里德堡态,其中两个里德堡态之间的偶极矩阵元素急剧减小。这使我们能够进入相反的区域,其中范德华相互作用占主导地位并且预计存在超固体,正如我们使用大规模 QMC 模拟所证实的那样。我们研究了各种里德堡态 | nS 1 / 2 ⟩,|在不同的主量子数 n 和 n ′ 下,87 Rb 的 nP J ⟩ 和 | nD J ⟩ 。对于里德堡原子对 | nS 1 / 2 ⟩ 和 | n ′ PJ ⟩ ,对于典型的主量子数,共振偶极-偶极相互作用随 ∆ n 下降得太快。因此,t / V 要么太大,以致我们预期不会存在超固体相,要么太小,以致很难通过实验观察到。对于状态 | nD J ⟩ 和 | n ′ PJ ⟩ ,如果 n = n ′ − 1,我们预测有趣的参数区域。对于相关的主量子数,两个里德堡态在能量上相距不到 10 GHz,从而能够使用最先进的微波技术实现有效耦合。我们进一步通过磁量子数 m J 以及磁场 B 来微调相互作用。我们选择磁场垂直于原子平面,使得原子平面中原子之间的相互作用与相互作用原子对的方向无关。此外,偶极-偶极相互作用取决于磁场 B 的大小,因为它混合了两个里德堡态的精细结构能级,这会影响它们的偶极矩阵元素。额外的限制是 t 和 V 的相对符号,它取决于 m J 。我们仅当 t / V > 0 时才预期系统支持超固体相。最后,我们收敛到状态 | ⟩ = | 60 P 3 / 2 , mj = 3 / 2 ⟩ 和 | ⟩ = | 59 D 3 / 2 ,mj = 3 / 2 ⟩ ,场幅度B = 50 G。这些状态的另一个优势是D态原子对之间的范德华相互作用相对较弱。这使得原子阵列能够有效地激发到| ⟩状态,这是所提出的状态制备的重要组成部分。在正文的图2中,已经讨论了里德堡对| ⟩和| ⟩之间的相互作用包含一个共振非对角项∝1 / R 3 ,它会引起偶极交换并混合两个项,以及对角线贡献1 / R 6 。在短距离处,我们期望额外的贡献(例如非对角交换相互作用 ∝ 1 / R 6 )会对此进行修改。这些项对于我们特定的里德堡对来说很小,但通常不为零。