Синглетные и триплетные состояния — в помощь студенту

Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту

Ох уж эти квантовые технологии. Они заполонили умы ученых по всему миру, как Pokemon GO в свое время заполонил умы пользователей смартфонов. Сравнение конечно не самое хорошее, ибо первые принесут пользу, второе — принесло толпы людей в парках, но далеко не ради свежего воздуха или пикника. Сегодня мы будем разбираться в исследовании, нацеленом на создании масштабируемого квантового процессора, умеющего находить и исправлять ошибки. Для работы такого процессора требуется контроль над множеством кубитов (квантовых битов) параллельно, пока протекает процесс обнаружения ошибок среди выбранных кубитов. То есть жонглируем одной рукой, а второй показываем карточные фокусы. Задача, мягко говоря, не из легких. Давайте же узнаем как ученые из Австралии смогли реализовать такой сложный замысел на практике. Поехали.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Основа исследования

Для того, чтобы реализовать эффективную работу нового типа процессоров, ученым пришлось обратиться к не самым популярным физическим явлениям, а именно к спиновому резонансу.

Они считают, что именно это может стать фундаментом для реализации параллельного двухосевого управления.

А если подкрепить все это методикой спиновой блокировки Паули*, то можно будет реализовать локальные измерения четности обнаружения ошибок.

Принцип Паули* — в квантовой механике это принцип, согласно которому два идентичных фермиона не могут находиться в одном квантовом состоянии одновременно.Доселе исследования на базе квантовой физики больше склонялись к односпиновому резонансу или контролю/измерениям с применением напряжения в двухспиновой синглетной-триплетной основе.Мультиплетность* — характеризация спина атома или молекул. К примеру, синглет — система из двух частиц, общий спин которых равен 0.В данном же исследовании ученые хотят объединить оба процесса в один. В сфере манипуляций односпиновых кубитов в кремнии чаще всего применяется магнитное или электрическое поле на микроволновых частотах. Это связано с тем, что микроволновые технологии крайне развиты, что позволяет реализовать двухосевое управление кубита посредством изменения фазы. Просто, но эффективно. В современных методах, таких как использование односпинового селективного туннелирования в электронный резервуар, имеются некоторые недостатки, как считают исследователи. Посему их применение в системах дисперсионного зондирования на базе квантовых вентилей малоэффективно. Но просто так оставить эту проблему нельзя, ибо последние обладают отличным свойством — электроды могут работать при более высоких температурах в крупномасштабных кубитовых структурах, тем самым критический порог перегрева сильно повышается. А вот со спиновой блокировкой Паули дела обстоят гораздо лучше, так как эта методика позволяет выполнять парное считывание данных в процессе обнаружения ошибок и исправления. Кроме того, для управления и манипуляции двухспиновой синглетной-триплетной структуры нужны значительно более низкие микроволновые частоты, что позволяет сильно уменьшить физический размер возможного устройство на базе сей технологии. Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту Структура устройства.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Функции государства в переходной экономике - в помощь студенту

Оценим за полчаса!

На изображениях 1а и 1b детально показана структура экспериментального устройства двойной квантовой точки с микроволновой линией передачи, в основе которого был использован металл-оксид-полупроводник (МОП) 28Si.

Микроволновая линия передачи необходима для генерации SET (одноэлектронный транзистор) импульсов. В устройстве также присутствует SET датчик, необходимый для достижения однозарядной чувствительности, что крайне необходимо для считывания данных синглетной-триплетной структуры.

Электроны были расположены в двух квантовых точках (QD1 и QD2 на изображениях выше) посредством применения положительного напряжения на квантовые вентили (G1 и G2).

Электронный резервуар формируется под поверхностью Si-SiO2 посредством положительного смещения вентиля ST, который также является основным вентилем SET.

Результаты опытов

Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту Изображение выше показывает диаграмму стабильности системы двойной квантовой точки (далее КТ) в заряженной области (N1, N2) при работе устройства. Когда электроны размещаются в двойной КТ, обменное взаимодействие приводит к энергетическому расщеплению между синглетным и триплетным спиновым состояниями. Контролировать этот процесс можно за счет электрических импульсов, нацеленных на ближайшие квантовые вентили. Также мы можем наблюдать проявления спиновой блокировки Паули (далее СБП). При переходе зарядов состояния от (1, 1) к (0, 2) происходит туннелирование от электрона QD1 к электрону QD2, но только если эти два разделенных электрона изначально были в одном спиновом состоянии. А вот триплетные состояния блокированы за счет сильного обменного взаимодействия в зарядовом состоянии (0, 2). Процесс фиксации происходит за счет асимметричных связей двух квантовых точек и электронного резервуара. В результате этого формируется метастабильное зарядовое состояние резервуара квантовой точки (1, 1)-(1, 2). Основным двигателем этого процесса является туннелирование между QD1, QD2 и резервуаром. (1, 1)-(1, 2) переход хорошо заметен, в отличие от случая, когда изначально система настроена на заряд (0, 2). В таком случае наблюдается очень стабильное синглетное состояние, что связано с сильным расщеплением энергии. В результате областей фиксированных СБП не наблюдается. Важной особенностью фиксации состояния является то, что за счет этого увеличивается «видимость» от 70% до 98%, то есть вероятность ошибочной идентификации снижается примерно в 16 раз для данного устройства на базе кремниевого МОП. Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту Адресация индивидуального кубита через спиновый резонанс. Следующим этапом эксперимента была проверка возможности адресации к определенному кубику. Для этого было применено переменное магнитное поле с продолжительностью импульса спинового резонанса в 25 μс (микросекунд). Уровень расстройки был достаточно высок (примерно 4.2 ГГц), а магнитное поле составляло 150 мТл (миллитесла). Результатом применения таких параметров стало снижение видимости, одними из причин проявления которого можно считать ошибки в считывании данных. Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту На графике выше представлены данные всех экспериментов. Ученые отмечают, что при антипересечении (0, 2)-(1, 1), когда уровень расстройки низок, расщепление происходит за счет обменной связи. Но при высоком уровне расстройки — за счет эффекта Зеемана, когда линии атомных спектров расщепляются в магнитном поле.

Выводы исследователей

Самой важной частью своего труда исследователи называют возможность анализа ошибок, который позволит в дальнейшем исключить их из будущих квантовых систем. Определение того, как те или иные ошибки влияют на систему стало возможным за счет применения спиновой блокировки и анализа различных режимов работы устройства. Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту График выше показывает все ошибки, связанные с подготовкой и процессом измерения, которые приводят к тому, что видимость не может превысить отметку в 98% (оранжевое поле на гистограмме). Помимо вышеуказанных ошибок есть и те, что связаны с процессами переходов зарядовых состояний (0, 2)→(1, 1) или (1, 1)→(0, 2). Самой же значимой ошибкой, по мнению ученых, является та, что возникает именно в момент адиабатического (термодинамический процесс внутри макроскопической системы, когда она не обменивается теплом с окружающей средой) передачи в/из области (1, 1).

Крайне сложно передать все точности сего исследования, посему желающие детальнее с ним ознакомиться могут почитать доклад исследовательской группы, доступный по ссылке.

Эпилог

Ученым удалось впервые объединить в кремниевом устройстве односпиновое управление посредством спинового резонанса и считывание в синглет-триплетной структуре. Эксперименты показали, что контроль и манипуляции над подобными сложными системами вполне возможны. Устройства, которые смогут полноценно реализовать данные методики, также смогут работать с применением значительно меньшего магнитного поля и при более высоких температурах. Ученые намерены продолжить свои исследования дабы усовершенствовать свою технологию, максимально исключив ошибки или же найдя способы их полного нивелирования. Данное исследование, прежде всего, было нацелено на то, чтобы понять возможно ли в будущем создать достаточно крупномасштабные системы на базе квантовых технологий. Ибо до сих пор такие технологии рассматривались как основа для чего-то, так сказать, малого.

Спасибо, что остаётесь с нами.

Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps до декабря бесплатно при оплате на срок от полугода, заказать можно тут.

Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $249 в Нидерландах и США! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?

Читайте также:  Раннее и позднее переходное состояние - в помощь студенту

Источник: https://habr.com/post/428786/

Мороз и солнце: аспирант из Университета ИТМО доказал пользу зимних прогулок с помощью газоанализатора

Морковь улучшает зрение, чеснок помогает вылечить простуду, а от стресса можно поседеть — существует множество мифов о здоровье человека разной степени достоверности.

Аспиранту кафедры экологии и техносферной безопасности Университета ИТМО Егору Ясенко удалось научно подтвердить тезиз о пользе прогулок в зимние морозные дни: в такую погоду на кристалликах льда интенсивно вырабатывается синглетный кислород.

Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту

Егор Ясенко рассказывает, что синглетной называется активная форма молекулярного кислорода O2, который обычно находится в триплетном состоянии. Ее отличает большее количество энергии, благодаря чему синглетный кислород способен вступать в реакции окисления при относительно низких температурах окружающей среды.

В организме человека он выступает в роли регулятора клеточной жизнедеятельности, участвует в реакциях иммунной защиты.

Синглетный кислород применяют как в клинической медицине — к примеру, для лечения онкологических заболеваний (фотодинамическая терапия), так и в целях профилактики, для повышения иммунитета (вдыхание воздуха, содержащего синглетный кислород).

«Синглетный кислород образуется в том числе в результате фотокаталитических процессов: когда вещество (сенсибилизатор) поглощает свет и передает полученную энергию обычному триплетному кислороду.

Соответственно, длина волны света имеет важное значение: наибольшая эффективность процесса наблюдается в УФ области спектра. Раньше считалось, что количество синглетного кислорода в атмосфере слишком мало, чтобы брать его в расчет, — рассказывает Егор Ясенко.

— Однако он может участвовать в различных реакциях в атмосфере. Например, синглетный кислород разрушает приземный смоговый озон, а я напомню, что приземный озон является токсичным веществом первого — высшего — класса опасности.

Концентрация синглетного кислорода сильно привязана к погодным условиям и может меняться в зависимости от множества факторов, поэтому важно не просто проводить точечные измерения, а следить за системой в динамике».

Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту Источник: http://spbmy.ru/

Для решения этой задачи на базе предприятия АО «ОПТЭК» был разработан и выпускается газоанализатор, использующий разработанный аспирантом оптический твердотельный сенсор. С его помощью можно проводить мониторинг концентрации синглетного кислорода в атмосферном воздухе. Ранее синхронный мониторинг озона и синглетного кислорода в приземном слое атмосферы никто не проводил.

«В основе работы твердотельного сенсора синглетного кислорода лежит селективная хемилюминисцентная реакция. Для этого на датчик наносится рубрен — это полиароматическое органическое соединение, и в результате его взаимодействия с синглетным кислородом возникает люминесценция (выделение световой энергии).

Интенсивность свечения пропорциональна количеству синглетного кислорода, — объясняет ученый. — Мы использовали прибор для измерения концентрации синглетного кислорода в разных условиях и обнаружили, что зимой его количество повышается. Оказывается, синглетный кислород более активно выделяется на частицах льда в солнечную погоду.

А так как он положительно влияет на иммунитет, можно утверждать, что прогулки в солнечные морозные дни действительно полезны для здоровья».

Несмотря на то, что через атмосферу проходит только малая часть ультрафиолетового излучения, с помощью разработанного прибора удалось показать, что под его воздействием синглетный кислород интенсивно вырабатывается даже в приземных условиях. По словам Егора Ясенко, это наталкивает на еще один любопытный вывод.

Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту Егор Ясенко

«Можно предположить, что в верхних слоях атмосферы фотокаталитическая генерация синглетного кислорода протекает с гораздо более высокой интенсивностью, а значит, синглетный кислород тоже вносит свой вклад в разрушение озонового слоя, и образование озоновых дыр не обязательно носит техногенный характер. Это подтверждает тот факт, что над магнитными полюсами Земли имеются так называемые полярные стратосферные облака из кристалликов льда, и они влияют на формирование озоновых дыр в полярных областях», — добавляет аспирант.

Отметим, что исследование Егора Ясенко было высоко отмечено Комитетом по науке и высшей школе Санкт-Петербурга. В 2016 году он вошел в число победителей конкурса на предоставление субсидий молодым ученым по направлению «Охрана окружающей среды. Экология человека».

Источник: https://news.itmo.ru/ru/science/life_science/news/6351/

ПОИСК

Рис. 28. Уровни энергии синглетных и триплетных состояний и процессы Синглетные и триплетные состояния - в помощь студенту

    Активационная замедленная флуоресценция наблюдается тогда, когда триплетные молекулы могут возвращаться в синглетное возбужденное состояние путем термического возбуждения. Такая замедленная флуоресценция возможна при малой разнице энергий синглетного и триплетного состояний и наблюдается, например, в растворах флуоресцеина в стеклообразной борной кислоте и в хорошо деаэрированных растворах эозина в глицерине или этаноле. [c.100]

    Константы кислотности ароматических соединений в основном, возбужденном синглетном и триплетном состояниях [c.160]

    Обозначим волновые функции двух электронов в основном, возбужденном синглетном и триплетном. состояниях следующим образом  [c.152]

    Отметим также, что синглетные и триплетные состояния имеют различное значение энергии корреляции, в связи с чем с помощью одного набора резонансных интегралов нельзя одновременно одинаково удовлетворительно вычислить энергии синглетных и триплетных уровней. Поэтому для расчета триплетных возбуждений используют чаще всего специально откалиброванные значения . [c.245]

    Волновая функция возбужденных синглетных и триплетных состояний, возникающих при переходе электрона с орбитали Ф- на орбиталь фй имеет вид (см. раздел 4.5.3)  [c.291]

    Возбужденные синглетное и триплетное состояния органических соединений могут реагировать различными путями (хотя для наблюдения за поведением синглетных частиц необходимо, чтобы химическая реакция протекала быстрее, чем интеркомбинационная конверсия между 51 и Т ). Например, прямая фото- [c.151]

    Приведенный набор из 10 состояний повторяется два раза — один раз для синглетного подтипа и другой—для триплетного. Для молекул, составленных не из двух водородных, т. е.

одноэлектронных атомов, список возможных состояний как для многоэлектронных атомов, так и для возникающих из них двухатомных молекул будет значительно сложнее кроме синглетных и триплетных состояний, появляются в этих случаях более сложные спиновые мультиплеты (например, квартеты, квинтеты, секстеты и т. п.). [c.131]

    Чтобы разобраться в принципиальном вопросе о разнице поведения СО и С5, обратимся прежде всего к некоторым сведениям о наборе потенциальных кривых для первых возбужденных синглетных и триплетных состояний молекул СО [11, возникающих при возбуждении одного электрона. (Мы опускаем рассмотрение квинтетных состояний, требующих возбуждения двух электронов и лежащих выше по оси энергии.) [c.300]

    Качественно суть этого явления можно пояснить следующим образом.

Если в составе по крайней мере одного из свободных радикалов, образовавшихся в клетке, имеется парамагнитное ядро, расположенное в достаточной близости от неспаренного электрона, то создаваемое этим ядром локальное магнитное поле будет оказывать существенное влияние на скорость взаимных переходов между синглетным и триплетным состояниями пары.

При этом ядра в разных спиновых состояниях создают разное магнитное поле и по-разному влияют па скорость этих переходов. Поэтому соотношение продуктов внутриклеточного и внеклеточного превращений будет различным ири разных спиновых состояниях ядер.

В простейшем случае, если спии ядра равен 1/2, возможно два ядерных спиновых состояния, В результате одно из этих состояний будет преобладать в продуктах внутриклеточной рекомбинации или внутриклеточного диспропорционирования, а другое — в продуктах внеклеточных превращений свободных радикалов .

В магнитном поле, в том числе при записи спектров ЯМР, в одном из продуктов (или в одной группе продуктов) будут преобладать ядра со спинами, ориентированными по направлению магнитного поля, т. е. находящиеся на более низком энергетическом уровне, а в другом продукте (группе продуктов) — ядра, ориентированные против направления поля, т. е, находящиеся на более высоком энергетическом уровне. Таким образом, ядерные [c.174]

    Относительные положения синглетных и триплетных состояний не известны. Справа указаны [c.84]

    Таким образом, РП осциллирует между синглетным и триплетным состояниями. Частота осцилляций равна [c.23]

    Обменное взаимодействие не индуцирует синглет-триплетные переходы. Но это взаимодействие раздвигает уровни энергии синглетного и триплетного состояния (см. схему уровней энергии РП при двух значениях обменного интеграла на рис. 9). В результате изменяется эффективность 8-Т переходов, индуцированных СТВ и/или разностью -факторов радикалов пары. [c.26]

    Отметим еще один механизм синглет-триплетных переходов. Это парамагнитная релаксация.

Независимо от начального состояния, в результате парамагнитной релаксации синглетное и триплетное состояние оказываются заселенными практически в соотношении 1 3, т.е. четверть пар оказывается в синглетном состоянии, три четверти в триплетном.

Органические радикалы обычно имеют времена парамагнитной релаксации порядка 0.1-10 микросекунд. Поэтому в долгоживущих РП, например, РП [c.26]

    Теперь можно вычислить энергию синглетного и триплетного состояний с учетом орто-нормированности функций фо и фь и спиновых функций а и р  [c.145]

    Нижние индексы 1 и 2 при орбитали используются для того, чтобы различить два разных представления а , которые вытекают из f,g в группе более низкой симметрии.

Поскольку первое, четвертое и ще-стое двойные произведения, которые записаны выще, соответствуют двум электронам, занимающим одну и ту же op6nrajib (а ,, а 2 и соответственно), произведения должны быть синглетными состояниями Ад, Ад и Ад С О ОТ ВС т СГ В С н н О.

Второе, третье и пятое двойные произведения соответствуют электронам на различных орбиталях и приводят к синглетному и триплетному состояниям Ы + А и 2 6 4-2 В . Состояния в точечной группе С приведены в левом столбце табл. 10.5. В правом столбце даны коррелирующие состояния в 0 из табл. 10.4.

Поскольку в jh возможны три триплетных состояния симметрии В , Вд и Ад, они должны вытекать из состояния Все другие состояния, вытекающие из tjg, синглеты. Другие возможные корреляции отсутствуют. Таким же образом можно коррелировать состояния конфигураций t gel. [c.81]

    Среди этих методов наиболее близок к точному методу ССП метод ПДДП. Схема ЧПДП лучше, чем ППДП, отражает разность в энергиях синглетного и триплетного состояний молекулы с одинаковыми конфигурациями. [c.56]

    Предложенный Паризером и Парром метод конфигурационного взаимодействия для расчета свойств электронно-возбужденных состояний состоит в следующем. Запишем волновую функцию возбужденных синглетных и триплетных состояний, возникающих при переходе электрона с орбитали [c.243]

    Недостатком метода NDO является пренебрежение отличием в кулоновском отталкивании электронов с параллельными и антипараллельными спинами. Это отличие особенно велико для электронов одного атома, в этом случае двухэлектронный обменный интеграл ( iv p,v)n, v A представляет собой разницу в энергии взаимодействия электронов в синглетном и триплетном состояниях.

В методе NDO эти интегралы полагаются равными нулю, вследствие чего этот метод не может даже качественно воспроизвести правило Гунда, согласно которому два электрона на различных орбиталях одного атома отталкиваются слабее в случае параллельности их спинов. Метод NDO плохо работает в случае триплетных состояний, свободных радикалов, т. е.

для молекулярных систем с достаточно большой обменной энергией. [c.206]

    Экспериментально обнаружено, что реакция превращения диоксетана в формальдегид приводит к возникновению хемифос-форесценции. Построение поверхностей потенциальной энергии данной реакции в основном и возбужденных синглетном и триплетном состояниях позволяет объяснить природу зтого эффекта. [c.357]

    Мы должны теперь дать некоторые объяснения природы за-преш,енного триплет-синглетного излучения. В разд. 2.6 мы полагали, что электрические дипольные переходы могут иметь место и при Д8 0, если S не дает хорошего описания системы.

Оптические переходы между триплетными и синглетными состояниями могут наблюдаться, если триплет не является чистым, а содержит синглетную составляющую, и наоборот. В органических молекулах перемешивание синглетных и триплетных состояний происходит за счет слабого спин-орби-тального взаимодействия.

Так как спин-орбитальное взаимодействие между состояниями одной и той же конфигурации запрещено, то, например, состояние (я, я ) может перемешаться с состояниями (п, я ) и .,(о, я ) и не может с состоянием (я, л ). Аналогично состояние (п, л ) перемешивается с состоянием (я, я ).

Поскольку радиационный переход из состояния (я, я ) в основное состояние полностью разрешен, тогда как переход из (п, я ) в общем случае частично запрещен, следовательно, переход Т(п, я )->-5о является более разрешенным, чем (я, я )- 5о.

Таким образом, относительная вероятность триплет-синглетных переходов из состояний (п, я ) и (я, я ) отличается от той, что наблюдается при синглет-син-глетных переходах.

Экспериментальные исследования естественных времен жизни флуоресценции находятся в соответствии с этими предсказаниями в ароматических углеводородах, имеющих нижнее триплетное состояние (я, я ), радиационное время жизни равно приблизительно 1—10 с, в то время как у карбонильных соединений нижним триплетным состоянием является уровень (л, я ), характерное время жизни которого обычно равно 10 2—10- с. [c.100]

    Нижние возбужденные синглетные и триплетные состояния этена и его производных являются (л, я ) по характеру электрон переходит с высшей заполненной связывающей л-орбитали на нижнюю разрыхляющую л -орбиталь. Возможны как синглетное, так и триплетное (л, л ) состояния состояние высокой мультиплетности является более низким по энергии. Можно показать, как упоминалось в разд. 6.

2, что состояние (я, л ) наиболее стабильно, когда молекула, выходя из плоской конфигурации основного состояния, поворачивается вокруг двойной связи на 90°. При этой перпендикулярной конфигурации перекрывание л- и л -орбиталей является минимальным, и оба состояния 51 и Т[ имеют наименьшие энергии при повороте на 90°.

Очевидно, что, если алкен возбуждается в состояние (я, я ), он будет стремиться занять перпендикулярную конфигурацию. Последующая релаксация электронной энергии до основного состояния приводит к тому, что молекула снова становится ПЛОСКОЙ, причем образуются как цис-, так п транс-изомеры.

Перпендикулярная конфигурация возбужденного состояния геометрически одна и та же независимо от того, произошла ли она от цис- или гронс-изомера молекулы в основ- [c.161]

    Внешнее магнитное поле способствует взаимным переходам между синглетным и триплетным состояниями пары свободных радикалов, если отличаются -факторы неспаренных электроров, что в той или иной мере всегда имеет место в случае различных свободных радикалов. Например, при распаде перекиси бензоила в толуоле образуются свободные радикалы СвН5СОб и СвНг.  [c.172]

    Существует и другой механизм влияния магиитного поля на соотношение продуктов превращения свободных радикалов, образовавшихся в клетке,—так называемый СТВ-механизм, В этом случае действие магнитного поля обусловлено его влиянием на взаи.

Читайте также:  Античное мировосприятие - в помощь студенту

модействие спииов неспаренных электронов с ядерными спинами (сверхтонкое взаимодействие, СТВ). Теория этого взаимодействия, которую можно найти в специальных руководствах по магнитным эффектам в химических реакциях, показывает, что увеличение внешнего поля ослабляет взаимодействие.

Поэтому обу-словлё1(иые сверхтонким взаимодействием переходы между синглетным и триплетным состояниями пары свободных радикалов замедляются с увеличением магнитной индукции внешнего магнитного поля.

В этом случае увеличение внешнего магнитного поля оказывает на взаимодействие свободных радикалов в клетке влияние, противоположное тому, которое имеет место при Д -механизме. Каждый механизм преобладает в своем диапазоне значений магнитной индукции поля.

Поэтому зависимость соотношения продуктов превращения внутри и вне клетки как функция магнитной индукции может проходить через максимум, В качестве примера можно привести реакцию бис-(пентафторфенил)-метилхлорида с бутиллитием  [c.173]

    На рис.

53 приведена зависимость отношения количества симметричных продуктов рекомбинации, которые могут образовываться только вне клетки, к количеству продукта несимметричной рекомбинации (Сар5)2СН—С4Нд, который преимущественно образуется в клетке, от магнитной индукции внешнего поля. При низких значениях В доля последнего растет с ростом В. Это обусловлено СТВ-механизмом — магнитное поле ослабляет взаимодействие ядерных и электронных спинов, замедляет индуцируемый этим взаимодействием переход синглетного состояния пары свободных радикалов в триплетное, способствуя внутриклеточной рекомбинации. При больших значениях В основным путем воздействия магнитного поля на процессы в клетке становится Дй -механизм, стимул и рующиГ переход между синглетным и триплетным состояниями, что затруд- [c.173]

    Активационная замедленная флуоресценция наблюдается тогда, когда триплетные молекулы могут возвращаться в синглетное возбуждепиое состояние путем термического возбуждения. Такая замедленная флуоресценция возможна при малой разнице энергий синглетного и триплетного состояний и наблюдается, на- [c.205]

    Особенно подробно изучен механизм конфигурационной изомеризации цис- и транс-стильбснов [30]. Из спектральных данных определены энергии синглетного и триплетного состояний цис- и грайс-стнльбенав и свернутого возбужденного состояния, которое образуется из обоих [c.433]

    Штриховой линией на рис. 3 отмечена область, которая соответствует РП.

Видно, что это область, в которой энергии синглетного и триплетного термов близки или равны в зависимости от расстояния между радикалами (координаты реакции).

Такое вырождение уровней энергии РП создает предпосылки для того, чтобы сравнительно слабые магнитные взаимодействия эффективно смешали синглетное и триплетное состояния РП. [c.20]

Источник: https://www.chem21.info/info/1327529/

Научное открытие №108 Явление триплет-триплетного переноса энергии между органическими молекулами

ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Научные открытия в области электрохимии и физической химии.

Научное открытие «Явление триплет-триплетного переноса энергии между органическими молекулами».

Формула открытия: «Экспериментально установлено неизвестное ранее явление безизлучательного переноса энергии электронного возбуждения от органических молекул в триплетном состоянии к невозбужденным молекулам (с переходом последних непосредственно в триплетное состояние), которое впервые было обнаружено по излучению сенсибилизованной фосфоресценции молекул, принимающих энергию. Это явление обусловлено обменно-резонансным взаимодействием триплетной и невозбужденной молекул при наличии перекрывания их электронных оболочек».

Авторы: В. Л. Ермолаев, А. И. Теренин.
Номер и дата приоритета: № 108 от 17 января 1952 г.

Описание открытия.

После поглощения кванта видимого или ультрафиолетового света органическая молекула переходит в одно из электронно-возбужденных состояний. В дальнейшем поглощенная энергия может частично или полностью перейти в колебательную, явиться в виде люминесценции или в процессе фотохимической реакции перейти в химическую энергию.

Наконец, энергия электронного возбуждения может безизлучательно передаться соседней невозбужденной молекуле. Для этого возбужденная и невозбужденная молекулы должны взаимодействовать между собой. В результате такого взаимодействия возбужденная молекула дезактивируется, а невозбужденная переходит в электронно-возбужденное состояние.

Изучение безизлучательного переноса энергии электронного возбуждения представляет не только большой теоретический, но и практический интерес. Не зная механизма и условий этого переноса, нельзя понять таких важных процессов и явлений, как разрушение органических материалов под действием ядерного, ультрафиолетового или видимого излучения и фотохимический синтез.

Интерес к изучению явлений безизлучательного переноса энергии электронного возбуждения между органическими молекулами возник в 20-х годах. Первые гипотезы о механизме этого явления были высказаны французскими учеными. Перед войной проблемой безизлучательного переноса заинтересовались академик Сергей Иванович Вавилов, его ученик М. Д. Галанин и другие его ученики.

Значительный вклад в изучение механизма этого явления внес немецкий ученый Т. Фёрстер. Известное к тому времени экспериментальное проявление безизлучательного переноса – так называемый синглет-синглетный перенос он удовлетворительно объяснил в рамках модели взаимодействия двух электрических диполей.

В начале 50-х годов казалось, что новых принципиальных открытий в области безизлучательного переноса энергии трудно ожидать. Однако в 1952 г. доктор физико-математических наук В. Л. Ермолаев и академик А. И. Теренин экспериментально обнаружили явление сенсибилизованной фосфоресценции органических молекул. В данном случае перенос осуществлялся между триплетными уровнями.

Фосфоресцентное состояние органических молекул было впервые интерпретировано академиком А. И. Терениным в 1943 г.

Большая длительность жизни молекул этого высокоэнергетичного электронного состояния, достигающая 0,1-10 с, по сравнению с синглетными возбужденными состояниями органических молекул, время жизни которых в миллиард раз меньше, и высокая способность к фотохимическим реакциям приводят к тому, что триплетное состояние играет чрезвычайно важную роль во всех процессах, осуществляющихся в органических системах под действием видимого, ультрафиолетового, рентгеновского, гамма- и других видов излучения. В 1958 году явление триплет-триплетного переноса энергии было объяснено В. Л. Ермолаевым и А. И. Терениным с позиций квантовой механики. В отличие от ранее известных явлений переноса оно связано с обменно-резонансными взаимодействиями. Одновременно происходит обмен не только энергией возбуждения, но и электронами. Было показано, что явление триплет-триплетного переноса имеет общий характер. Оно высокоэффективно во всех агрегатных состояниях вещества — в парах, растворах, полимерах и кристаллах.

Ныне исследованию этого явления посвящены сотни работ. Оно широко используется при изучении фото- и радиационных процессов в органических системах. С его помощью были выяснены пути деградации электронной энергии возбуждения в ароматических молекулах, а это одна из основных проблем современного учения о люминесценции. Триплет-триплетный перенос используется для создания безсеребряных фоточувствительных слоев и т. д. Наметилась новая широкая область применения безызлучательного переноса энергии – для исследования сложных и имеющих важное практическое значение координационно-химических процессов поведения ионов редкоземельных элементов и переходных металлов в растворах.

Главная КОСМОС ЗЕМЛЯ ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА МАТЕМАТИКА

Источник: http://ross-nauka.narod.ru/05/05-108.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Синглетные Рё триплетные состояния сильно смешиваются вблизи точки пересечения, Рё уравнение ( 11) перестает быть справедливым. РћРЅРѕ применимо только Рє слабому смешиванию.  [1]

Нижние возбужденные синглетные Рё триплетные состояния этена Рё его производных являются ( Р», СЏ) РїРѕ характеру: электрон переходит СЃ высшей заполненной связывающей Р»-орбитали РЅР° нижнюю разрыхляющую СЏ — орбиталь. Возможны как СЃРёРЅРі-летное, так Рё триплетное ( Р», Р») состояния; состояние высокой мультиплетности является более РЅРёР·РєРёРј РїРѕ энергии. Можно показать, как упоминалось РІ разд. Очевидно, что, если алкен возбуждается РІ состояние ( Р», Р»), РѕРЅ будет стремиться занять перпендикулярную конфигурацию.  [2]

Относительные положения синглетных Рё триплетных состояний РЅРµ известны.  [4]

Относительное положение синглетных Рё триплетных состояний СЏ, Р» — Рё Рї, СЏ — типа может значительно изменяться РїРѕРґ влиянием заместителей, растворителей, присоединения дополнительных циклов. Поэтому реакционноспособными РјРѕРіСѓС‚ оказаться триплетные СЏ, СЏ — состояния, если РѕРЅРё обладают достаточно высокой энергией.  [5]

Первые возбужденные синглетное Рё триплетное состояния существенно отличаются РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° РїРѕ времени жизни: время жизни состояния Si составляет 10 — 9 — 10 — 7 СЃ, тогда как время жизни состояния TI достигает 10 — 4 — 10 СЃ. Затухание флуоресценции РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РїРѕ закону реакции ( процесса) первого РїРѕСЂСЏРґРєР°.  [6]

Первые возбужденные синглетное Рё триплетное состояния существенно отличаются РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР° РїРѕ времени жизни: время жизни состояния Si составляет 10 — 9 — 10 — 7 СЃ, тогда как время жизни состояния Рў достигает 10 — 4 — 10 СЃ. Затухание флуоресценции РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РїРѕ закону реакции ( процесса) первого РїРѕСЂСЏРґРєР°.  [7]

Определим теперь соотношение синглетных и триплетных состояний.

Прежде всего СЏСЃРЅРѕ, что Ps ( Ai) Рё Ps ( A2) всегда РїСЂРёРІРѕРґСЏС‚ Рє триплетному состоянию, так как нуклон 1 ( 2) РїСЂРё таком обмене попадает РІ СЃРїРёРЅРѕРІРѕРµ состояние нуклона Рђ, которое относилось Рє триплетному состоянию ( 2Рђ, Рђ) РЅСѓ клонов. Поэтому Р 8 ( Рђ, 1) С… ( 1 2Р›) есть триплетная функция 1, 2 нуклонов. Этот результат легко видеть Рё непосредственным образом.  [8]

Эта конфигурация даст синглетное Рё триплетное состояния РІ соответствии СЃ РґРІСѓРјСЏ ориентациями СЃРїРёРЅР° — антипараллельно Рё параллельно. Предполагается, что РѕРЅРё лежат РЅР° 7 1 Рё 6 4 ев соответственно выше РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРіРѕ состояния N.  [10]

  • РЎРїРёРЅ-орбитальное взаимодействие смешивает синглетное Рё триплетное состояния Рё ограничивает время жизни триплетного состояния.  [11]
  • Таким образом, возникают синглетные Рё триплетные состояния, Р° также состояния 2, Рџ Рё Рђ.  [12]
  • Отметим также, что синглетные Рё триплетные состояния имеют различную величину энергии корреляции, РІ СЃРІСЏР·Рё СЃ чем СЃ помощью РѕРґРЅРѕРіРѕ набора резонансных интегралов СЂ нельзя одновременно одинаково удовлетворительно вычислить энергии синглетных Рё триплет-ных уровней.  [14]

В связи с этим синглетные и триплетные состояния атома гелия являются в этом приближении независимыми.

Попав в нижайшее возбужденное триплетное состояние фа [ О) 1 ( 2) 1 атом гелия длительное время будет находиться в этом состоянии ( месяцы), так как изменение ориентации спина одного из электронов трудно осуществимо.

�з-за большого времени жизни этого состояния его называют метаста-бильным состоянием. Таким образом, атомы гелия, находящиеся в синглетных и триплетных состояниях, можно рассматривать как два разных типа атомов.

Атом гелия, находящийся в син-глетном состоянии, называют парагелием. Атом гелия, находящийся в триплетном состоянии, называют ортогелием. Атомы парагелия не имеют магнитного момента и образуют диамагнитный газ.

Атомы ортогелия обладают магнитным моментом и образуют парамагнитный газ. Спектральные линии атомов парагелия одиночны.

Спектральные линии ортогелия состоят РёР· трех близких линий ( триплетов), соответствующих трем спиновым состояниям, энергии которых РїСЂРё учете релятивистских поправок отличаются РЅР° малую величину.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id463039p1.html

Читать реферат по физике: "Лазер на красителях"

(Назад) (Cкачать работу)

Функция «чтения» служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
отсутствуют линии генерации этих лазеров.

Перестраиваемый источник узкополосного излучения оптического.

диапазона при высокой когерентности этого излучения желательно иметь во многих приложениях, таких, как спектроскопия, изучение молекулярной диссоциации и химических реакций, а также разделение изотопов.

1. Лазеры на органических красителях 1.1. Активная среда

Активная среда лазера на красителе состоит из раствора органического красителя.

Когда краситель возбуждается внешним источником коротковолнового излучения, он излучает на более длинных волнах или флуоресцирует, поглощая фотон на длине волны возбуждения, а затем излучая фотон на длине волны флуоресценции. Разность энергии фотонов идет на безызлучательные переходы и в конечном счете переходит в тепло.

Рис. 1.1. Спектр поглощения (1) и флуоресценции (2) типичного лазерного красителя На рис. 1.1 приведены спектры поглощения и флуоресценции типичного лазерного красителя.

Кривая флуоресценции, захватывающая желтую и большую часть красной области спектра, сдвинута в более длинноволновую область по отношению к кривой поглощения, занимающей голубой и зеленый участки спектра.

Эта ситуация аналогична рассмотренной здесь при описании лазера на рубине: излучение лампы накачки лежит преимущественно в зеленой и голубой областях спектра, а кристалл рубина флуоресцирует в красной области.

Существенное различие заключается в том, что краситель флуоресцирует в исключительно широком диапазоне частот видимой области спектра в противоположность очень узкой полосе флуоресценции типичного твердотельного лазера.

Рис. 1.2. Диаграмма уровней для лазера на красителях.

Синглет-триплетные переходы S1T1 (интекомбинационные перходы 2) приводят к сильному поглощению лазерного излучения и срыву генерации за счет перехода T1T2, ограничивающих выходную мощность (перходы 1). Широкий спектр флуоресценции красителя можно объяснить с помощью приведенной на рис. 1.2 схемы энергетических уровней типичной молекулы красителя.

Молекула красителя имеет две группы состояний: синглетные (S0, S1 и S2) и триплетные (T1 и Т2). (Синглетные состояния возникают, когда полный спин возбужденных электронов в молекуле равен нулю, а триплетные — когда спин равен единице.

) Как мы уже отмечали при рассмотрении правил отбора и радиационных времен жизни, синглет-триплетные и триплетсинглетные переходы маловероятны по сравнению с синглет-синглетными и триплет-триплетными переходами. Накачка лазера на красителях происходит при поглощении фотонов, которые переводят молекулы из основного состояния S0 в первое возбужденное состояние S1.

Затем происходит быстрый безызлучательный переход в наинизшие из уровней состояния S0. Стимулированное излучение возникает при переходе между уровнем, расположенным вблизи дна состояния S1, и некоторым промежуточным уровнем состояния.

Так как состояния S0 и S1 содержат множество отдельных колебательно-вращательных подуровней, показанных на рисунке отдельными линиями, то возникающая линия излучения весьма широка. Триплетные состояния T1 и T2 не участвуют непосредственно в генерации излучения, тем не менее наличие их весьма существенно. Имеется некоторая малая вероятность того, что будет иметь место запрещенный переход S1T1

Источник: https://referat.co/ref/50090/read?p=2

Ссылка на основную публикацию