Эффект Штарка

Эффект установлен в 1913 г. германским ученым Йоханессом Штарком и охарактеризовывает зависимость диапазона излучения атомов от напряжённости электронного поля. Зависимость может быть линейной и квадратичной. Для атомов, имеющих ненулевой дипольный момент сдвиг линий диапазона пропорционален напряженности электронного поля в первой степени, а для других атомов – во 2-ой. Разъясняется это тем, что диполь с дипольным моментом в электронном поле имеет дополнительную энергию :

, . (1.7)

Если в обыкновенном состоянии дипольный момент у молекул отсутствует, то под действием поля он возникает. Это является предпосылкой квадратичной зависимости диапазона расщепления от напряженности электронного поля. При всем этом поле может быть или наружным по отношению к источнику, или внутренним, создаваемым примыкающими атомами либо ионами.

Эффект Штарка на самом деле аналогичен эффекту Зеемана. Под действием электронного поля скопление электронов, окружающих ядро излучающего атома, изменяет свое положение относительно ядра. В итоге меняются энерго уровни электронов в атоме. Так как свет испускается при переходе электрона с 1-го энергетического уровня на другой, изменение энергетических уровней приводит к изменению диапазона испускаемого света. Эффект Штарка является одним из более убедительных подтверждений квантовой теории строения вещества.

Теория квантово-размерного эффекта Штарка применяется при исследовании полупроводниковых нанокристаллов, находящихся в критериях, когда поляризационное взаимодействие электрона и дырки с поверхностью нанокристалла играет доминирующую роль. Установлено, что сдвиги уровней размерного квантования электрона и дырки в нанокристалле во наружном однородном электронном поле в области межзонного поглощения определяются квадратичным эффектом Штарка. Предложен новый электрооптический способ, дающий возможность найти величины критичных радиусов нанокристаллов, в каких могут появиться большие экситоны.

Эффект был открыт при исследовании диапазона водорода. Не считая водорода данный эффект тщательно исследован также в диапазонах гелия, щелочных металлов (Li, Na, K и т.д.) и ряда др. частей.

В сильных полях, также в слабеньких полях для ряда частей имеет место приемущественно квадратичный эффект Штарка с асимметричной картиной расщепления. Величина квадратичного эффекта невелика (в полях ~ В/см расщепление добивается десятитысячных толикой эВ).

Рис. 1.6 Расщепление полосы водорода H в электронном поле. Различно поляризованы составляющие полосы ( и ) появляются при определенных композициях подуровней.

Эффект Штарка наблюдается не только лишь в неизменных, да и в переменных электронных полях. Воздействие частотного электронного поля на уровни энергии атомов (ионов) определяет, а именно, уширение спектральных линий галлактической плазмы. Движение частиц плазмы и связанное с этим изменение расстояний меж ними приводят к резвым изменениям электронного поля около каждой излучающей частички. В итоге энерго уровни атомов (ионов), расщепляясь, смещаются на неодинаковую величину. Для излучения совокупы таких частиц типично повышение ширины спектральных линий (т.н. штарковское уширение линий).