La materia de Rydberg [1] es una fase exótica de la materia formada por átomos de Rydberg ; fue predicho alrededor de 1980 por É. A. Manykin , MI Ozhovan y PP Poluéktov . [2] [3] Se ha formado a partir de varios elementos como cesio , [4] potasio , [5] hidrógeno [6] [7] y nitrógeno ; [8] Se han realizado estudios sobre posibilidades teóricas como sodio , berilio , magnesio y calcio .[9] Se ha sugerido que es un material del quepueden surgir bandas interestelares difusas . [10] Circular [11] Los estados de Rydberg, donde el electrón más externo se encuentra en una órbita circular plana, son los más longevos, con vidas de hasta varias horas, [12] y son los más comunes. [13] [14] [15]
Físico
La materia de Rydberg consiste generalmente en [17 ] racimos hexagonales [18] [16] planos [19] ; estos no pueden ser muy grandes debido al efecto de retardo causado por la velocidad finita de la velocidad de la luz. [19] Por tanto, no son gases ni plasmas; ni son sólidos ni líquidos; son más similares a los plasmas polvorientos con pequeños racimos en un gas. Aunque la materia de Rydberg se puede estudiar en el laboratorio mediante sondeo láser , [20] el cúmulo más grande informado consta de solo 91 átomos, [7] pero se ha demostrado que está detrás de las nubes extendidas en el espacio [10] [21] y la parte superior atmósfera de los planetas. [22] La unión en la materia de Rydberg es causada por la deslocalización de los electrones de alta energía para formar un estado general de menor energía. [3] La forma en que los electrones se deslocalizan es formando ondas estacionarias en bucles que rodean los núcleos, creando un momento angular cuantificado y las características definitorias de la materia de Rydberg. Es un metal generalizado por medio de los números cuánticos que influyen en el tamaño del bucle, pero restringido por el requisito de enlace para una fuerte correlación de electrones; [19] muestra propiedades de correlación de intercambio similares a los enlaces covalentes. [23] La excitación electrónica y el movimiento vibratorio de estos enlaces pueden estudiarse mediante espectroscopía Raman . [24]
Toda la vida
Debido a razones aún debatidas por la comunidad de físicos debido a la falta de métodos para observar agrupaciones, [27] la materia de Rydberg es altamente estable frente a la desintegración por emisión de radiación; el tiempo de vida característico de un grupo en n = 12 es de 25 segundos. [26] [28] Las razones dadas incluyen la falta de superposición entre los estados excitado y fundamental, la prohibición de transiciones entre ellos y los efectos de correlación de intercambio que obstaculizan la emisión mediante la necesidad de tunelización [23] que provoca un retraso prolongado en el decaimiento de la excitación. [25] La excitación juega un papel en la determinación de las vidas, con una excitación más alta dando una vida más larga; [26] n = 80 da una vida comparable a la edad del Universo. [29]
Excitaciones
norte | 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 |
En los metales ordinarios, las distancias interatómicas son casi constantes a través de una amplia gama de temperaturas y presiones; este no es el caso de la materia de Rydberg, cuyas distancias y, por tanto, propiedades varían mucho con las excitaciones. Una variable clave para determinar estas propiedades es el número cuántico principal n, que puede ser cualquier número entero mayor que 1; los valores más altos reportados para él son alrededor de 100. [29] [30] La distancia de enlace d en la materia de Rydberg viene dada por
donde un 0 es el radio de Bohr . El factor aproximado 2.9 se determinó primero experimentalmente y luego se midió con espectroscopía rotacional en diferentes grupos. [16] En la tabla adyacente se dan ejemplos de d calculados de esta manera, junto con valores seleccionados de la densidad D.
Condensación
Al igual que los bosones que se pueden condensar para formar condensados de Bose-Einstein , la materia de Rydberg se puede condensar, pero no de la misma manera que los bosones. La razón de esto es que la materia de Rydberg se comporta de manera similar a un gas, lo que significa que no se puede condensar sin eliminar la energía de condensación; la ionización ocurre si esto no se hace. Todas las soluciones a este problema hasta ahora implican usar una superficie adyacente de alguna manera, la mejor es evaporar los átomos de los que se formará la materia de Rydberg y dejar la energía de condensación en la superficie. [31] Utilizando átomos de cesio , superficies cubiertas de grafito y convertidores termoiónicos como contención, se ha medido que la función de trabajo de la superficie es de 0,5 eV, [32] indicando que el grupo se encuentra entre el noveno y el decimocuarto niveles de excitación. [25]
Ver también
La descripción general [33] proporciona información sobre la materia de Rydberg y sus posibles aplicaciones en el desarrollo de energía limpia, catalizadores, investigación de fenómenos espaciales y uso en sensores.
- Estado de la materia
Referencias
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