Сұрыптау ережесі

Электрондық күйлердің арасындағы алмасулар болуы мүмкін сол кезде, егер:

1. орбиталді кванттық санның l өзгерісі мынадай шартты қанағаттандырса

2. магниттік кванттық санның өзгерісі

мынадай шартты қанағаттандырса

Мысалы, сутегі атомында ауысуы Лайман сериясын түзсе, ал -Бальмер сериясын түзеді.

Электронның спині

Электрон өзінің кеңістіктегі қозғалысымен байланыспаған жойылмайтын меншікті механикалық импульс моментіне – спинге ие болады.

Спин Штерн мен Герлахтың -күйде тұрған сутегі атомының жіңішке шоқтарын күшті емес магнит өрісінен өткізу кезіндегі тәжірибесінен байқалды. Бұл күйде l=0, импульс моменті және магнит өрісі атомдардың қозғалысына әсер етпеуі тиіс еді. Бірақта, атом шоғы екіге жіктелді, осыған байланысты электронның орбитальдық қозғалысымен байланыспаған механикалық моменттің кеңістіктік квантталуы байқалды. Сурет шет

Көпшілік жағдайда электроннның спинін көрнекі түрде өз осінің төңірегінде қатты шариктің-электронның айналуымен байланысқан импульс моменті деп түсінеді, бірақта мұндай модель кездейсоқ нәтижеге-беттегі электронның сызықтық жылдамдығының жарық жылдамдығынан 200 есе артып кетуіне әкеледі.

Сондықтан электронның спинін (және басқада микробөлшектердің) бөлшектердің массалары, ал зарядталған бөлшектердің-заряды олардың спиндері болатындықтарына ұқсас, микробөлшектердің ажырамас ішкі кванттық қасиеттері ретінде қарастыру қажет.

спині, механикалық момент ретінде мынадай заңдылық бойынша квантталады:

мұндағы -спиндік кванттық сан спинінің проекциясы векторы бағдарды қабылдай алатындай болып квантталады. Штерн мен Герлах тәжрибелерінде спиннің екі бағдары ғана анықталғандықтан , бұдан .

проекциясы, тек қана екі мәнге ие болуы мүмкін: , мұндағы m_s – магниттік спиндік кванттық сан.

Сонымен, атомдағы электронның күйі төрт кванттық сандар жиынтығымен анықталады:

бас кванттық сан

орбиталық кванттық сан

магниттік кванттық сан

спиндік магниттік кванттық сан

1. Кванттық электрониканың элементтері. Тосын және мәжбүр сәуле шығару. Лазерлер. Жұтылу. Өздігінен және мәжбүр сәуле шығару

Энергиялары Е₁ және Е₂ болатын екі кванттық күйді қарастырамыз.

Ж ұтылу. Егер атом 1 негізгі күйде тұрса, онда сыртқы сәуле шығарудың әсерінен, сәуленің жұтылуына әкелетін 2 қозған күйге еріксіз ауысу жүзеге асырылуы мүмкін.

Ө здігінен сәуле шығару. Атом, 2 қозған күйде бола тұрып, энергиясы h=E₂ - E₁ бір фотонды шығарып, өздігінен (сыртқы әсерлерсіз) негізгі күйге ауыса алады. Қозған атомның сыртқы әсерлерсіз фотон шығару үрдісі өздігінен сәуле шығару деп аталады. Өздігінен ауысу ықтималдығы неғұрлым үлкен болса, солғұрлым атомның қозған күйдегі орташа өмір сүру уақыты аз. Өздігінен сәуле шығару когерентті емес.

М әжбүр сәуле шығару. А.Эйнштейн тәжірибеде байқалған зат пен сәуле шығару және жұтудың араларындағы термодинамикалық тепе-теңдікті түсіндіру үшін, сәуле жұту өздігінен сәуле шығарудан басқа үшінші, өзара әсерлесудің сапалы үлгісі болуы тиіс деген постулат ұсынды. Егер 2 қозған күйде тұрған атомға шартын қанағаттандыратын жиілікпен сыртқы сәуле әсер ететін болса, онда фотонның сәуле шығаруы кезінде фотонға энергиясы сондай қосымша энергия беретін 1 негізгі күйге еріксіз (индукцияланған) ауысу пайда болады. Сонымен, еріксіз сәуле шығару үрдісіне екі фотон қатысады: қозған атоммен сәулеленуді туғызатын (жағдай жасайтын) алғашқы фотон және атом шығаратын екінші реттік фотон.

Мәжбүр сәулеле шығару (екінші реттік фотондар) мәжбүрлеуші сәуле шығарумен (алғашқы фотондар) теңбе – тең: оның да жиілігі, фазасы, поляризациясы, таралу бағыты сондай.

Сондықтан мәжбүр сәуле шығару мәжбүрлеуші сәуле шығарумен қатал когерентті, яғни атомға түсетін фотоннан шығарылған фотонның айырмашылығы жоқ.

Шығарылған фотондар бір бағытта қозғала отырып және қозған атомдарды кездестіріп мәжбүрлі ауысуларға жағдай туғызады: фотондардың көбеюі жүреді.

Сәуле шығарудың күшеюі жүруі үшін, мәжбүр сәуле шығарудың қарқындылығы фотонды жұту қарқындылығынан артық болуы қажет. Ол үшін қозған күйдің орнықтылығы (қозған күйдегі атомдардың саны), негізгі күйдің орнықтылығына (негізгі күйдегі атомдар саны) қарағанда үлкен болуы қажет. Мұндай термодинамикалық тепе – теңсіз күй инверсиялы қоныстанған күй деп аталады.

Жүйені инверсиялы қоныстанған күйге ауыстыру үрдісі аса толықтыру (оптикалық, электрлік және басқа тәсілдермен жүзеге асырылады) деп аталады.

Түскен жарық сәулесінің әсерінен күшею жүретін инверсиялық орта, белсенді деп аталады. Мұндай орталар үшін Бугер заңындағы жұтылу коэффициенті теріс шама.