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haz molecular

Un haz molecular se produce al permitir que un gas a mayor presión se expanda a través de un pequeño orificio hacia una cámara a menor presión para formar un haz de partículas (...

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Un haz molecular se produce al permitir que un gas a mayor presión se expanda a través de un pequeño orificio hacia una cámara a menor presión para formar un haz de partículas ( átomos , radicales libres , moléculas o iones ) que se mueven a velocidades aproximadamente iguales , con muy pocas colisiones entre las partículas. Los haces moleculares son útiles para fabricar películas delgadas en epitaxia de haces moleculares y estructuras artificiales como pozos cuánticos , nanocables cuánticos y puntos cuánticos . Los haces moleculares también se han aplicado como haces moleculares cruzados . Las moléculas en el haz molecular pueden ser manipuladas por campos eléctricos y campos magnéticos . [ 1 ] Las moléculas pueden ser desaceleradas en un desacelerador Stark o en un ralentizador Zeeman .

Historia

El primero en experimentar con haces atómicos fue Louis Dunoyer de Segonzac en 1911, pero sus experimentos fueron simples comprobaciones para confirmar si los átomos se desplazaban en línea recta cuando no actuaban sobre ellos fuerzas externas. [ 2 ]

En 1921, Hartmut Kallmann y Fritz Reiche escribieron [ 3 ] sobre la desviación de haces de moléculas polares en un campo eléctrico no homogéneo, con el objetivo final de medir sus momentos dipolares . Al ver las pruebas de imprenta del trabajo de Kallmann y Reiche, Otto Stern, de la Universidad de Hamburgo y la Universidad de Fráncfort del Meno, se apresuró a publicar su trabajo con Walther Gerlach sobre lo que más tarde se conocería como el experimento Stern-Gerlach . (El artículo de Stern hace referencia a la preimpresión, pero el trabajo de Kallmann y Reiche pasaría prácticamente desapercibido. [ 4 ] )

Cuando apareció el artículo de Stern-Gerlach de 1922, causó sensación: afirmaban haber demostrado experimentalmente la "cuantización espacial": evidencia clara de efectos cuánticos en un momento en que los modelos clásicos aún se consideraban viables. [ 4 ] : 50 La explicación cuántica inicial de la medición —como una observación del momento angular orbital— no era correcta. Se necesitaron cinco años de intenso trabajo en teoría cuántica antes de que se comprendiera que el experimento era, de hecho, la primera demostración del espín del electrón . [ 2 ] El grupo de Stern continuaría creando experimentos pioneros con haces atómicos y, posteriormente, con haces moleculares. Los avances de Stern y sus colaboradores condujeron a descubrimientos decisivos, entre ellos: el descubrimiento de la cuantización espacial ; las ondas de materia de De Broglie ; los momentos magnéticos anómalos del protón y el neutrón ; el retroceso de un átomo por emisión de un fotón ; y la limitación de las secciones transversales de dispersión para colisiones moleculares impuesta por el principio de incertidumbre . [ 2 ]

El primero en informar sobre la relación entre los momentos dipolares y la deflexión en un haz molecular (utilizando sales binarias como KCl ) fue Erwin Wrede en 1927. [ 5 ] [ 4 ]

En 1939, Isidor Rabi inventó un método de resonancia magnética de haz molecular en el que dos imanes, colocados uno tras otro, crean un campo magnético no homogéneo. [ 6 ] Se utilizó para medir el momento magnético de varios isótopos de litio, empleando haces de LiCl , LiF y dilitio . [ 7 ] [ 8 ] Este método puede considerarse un precursor de los métodos actuales en espectroscopia de RMN . La invención del máser en 1957 por James P. Gordon , Herbert J. Zeiger y Charles H. Townes fue posible gracias a un haz molecular de amoníaco y un enfocador cuadrupolar electrostático especial. [ 9 ]

El estudio de los haces moleculares condujo al desarrollo de la epitaxia por haces moleculares en la década de 1960.

Véase también

Referencias

  1. ^ van de Meerakker, Sebastiaan YT; Bethlem, Hendrick L.; Vanhaecke, Nicolás; Meijer, Gerard (27 de marzo de 2012). "Manipulación y Control de Haces Moleculares". Reseñas químicas . 112 (9). Sociedad Química Estadounidense (ACS): 4828– 4878. doi : 10.1021/cr200349r . hdl : 2066/103491 . ISSN 0009-2665 . PMID 22449067 .  
  2. ^ Ramsey , NF (1988) . "Haces moleculares: nuestro legado de Otto Stern" . Zeitschrift für Physik D . 10 ( 2– 3): 121– 125. Bibcode : 1988ZPhyD..10..121R . doi : 10.1007/BF01384845 . ISSN 0178-7683 . S2CID 120812185 .  
  3. ^ " Kallmann, H.; Reiche, F. (1921). "Über den Durchgang bewegter Moleküle durch inhomogene Kraftfelder" . Zeitschrift für Physik (en alemán). 6 (1). Springer Science and Business Media LLC: 352– 375. Bibcode : 1921ZPhy....6..352K . doi : 10.1007/bf01327996 . ISSN 1434-6001 . S2CID 119947742 .  
  4. 1 2 3 Friedrich, Bretislav; Schmidt-Böcking, Horst (2021), "El método de haces moleculares de Otto Stern y su impacto en la física cuántica", en Friedrich, Bretislav; Schmidt-Böcking, Horst (eds.), Haces moleculares en física y química , Cham: Springer International Publishing, pp. 37–88 , Bibcode : 2021mbpc.book...37F , doi : 10.1007/978-3-030-63963-1_5 , ISBN  978-3-030-63962-4
  5. ^ " Wrede, Erwin (1927). "Über die Ablenkung von Molekularstrahlen elektrischer Dipolmoleküle im inhomogenen elektrischen Feld". Zeitschrift für Physik (en alemán). 44 ( 4– 5). Springer Science and Business Media LLC: 261– 268. Bibcode : 1927ZPhy...44..261W doi : 10.1007 / bf01391193 .​​​​​  
  6. ↑ Kellogg, JBM; Millman, S. (1946-07-01). "El método de resonancia magnética de haces moleculares. Los espectros de radiofrecuencia de átomos y moléculas" . Reviews of Modern Physics . 18 (3): 323– 352. Bibcode : 1946RvMP...18..323K . doi : 10.1103/RevModPhys.18.323 . ISSN 0034-6861 . 
  7. ↑ Rabi, II; Millman, S.; Kusch, P.; Zacharias, JR (1939-03-15). "El método de resonancia de haces moleculares para medir momentos magnéticos nucleares. Los momentos magnéticos de 3 Li 6 , 3 Li 7 y 9 F 19 ". Physical Review . 55 (6). American Physical Society (APS): 526– 535. doi : 10.1103/physrev.55.526 . ISSN 0031-899X . 
  8. ↑ El método de haces moleculares de Rabi - Las Lecciones de Física de Feynman
  9. ↑ Gordon, JP; Zeiger, HJ; Townes, CH (1954-07-01). "Oscilador molecular de microondas y nueva estructura hiperfina en el espectro de microondas del NH 3 " . Physical Review . 95 (1). American Physical Society (APS): 282– 284. Bibcode : 1954PhRv...95..282G . doi : 10.1103/physrev.95.282 . ISSN 0031-899X .