Interazione con la radiazione È la parte “elettrica” di una soluzione dell’equazione d’onda per la propagazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto, che derivano dalle equazioni di Maxwell. Nota: fasci limitati: divergenti (divergenza minima per “fasci gaussiani”) - LASER Densità di energia; erg/cm3=10-1J/m3 Intensità; erg/(sec cm2)=10-3W/m2 W = I tot ⋅ Area Potenza; erg/sec =10-7W ( /n in un mezzo) Energia = W ⋅ ∆t erg =10-7J Ripasso Conosciamo le soluzioni dell’equazione di Schrödinger di base: Rappresentazione nello spazio degli autostati di H0: Considero una perturbazione: Riscrivo l’equazione di Schrödinger completa dipendente dal tempo nello spazio degli autostati di H0: (3.2.1) Teoria delle perturbazioni dipendente dal tempo: (3.3.3) Ordine 1: (3.3.4) Caso particolare: perturbazione sinusoidale su un autostato (3.3.1) (3.3.2) Regola d’oro di Fermi Interazione con la radiazione Campo elettrico Se λ=2π/k >> dimensioni del sistema: approssimazione di dipolo: I δ (ω − ωk 0 ) (3.4.1) Regola d’oro di Fermi ; (3.4.3) Absorption Stimulated Spontaneous Emission Emission Maxwell equation (thermal equilibrium) − E1 kT hν − n1 e = E0 = e kT − n0 e kT 0 “Planck” Black Body Radiation Dipolo indotto da E Lineare: Non lineare: Generazione di seconda armonica: Raman (vibrazionale) Una molecola non è ferma: Consideriamo una frequenza (di vibrazione) ω' : Dipolo indotto Generalizzazione: ω' ωkn (frequenza di risonanza del sistema) Example From Cyrus Farokh Hirjibehedin Ph.D. Thesis Alcune non-linearità: ordine 2 Consideriamo uno spettro non banale per f(t); per mantenere le cose semplici: Il doppio integrale sarà quindi dato da una somma di termini del tipo: Sostituendo il risultato dell’integrale nell’espressione per , considerando solo I termini derivanti dall’espressione nel riquadro , e con considerazioni simili a quelle che portano alla regola d’oro di Fermi (e considerando solo termini non trascurabili…) un contributo al secondo ordine alla probabilità di transizione dal livello n al livello j è legato a: (3.15.1) Assorbimento a 2 fotoni: ω1=ω2=ω n ω ω g γ ωnk+ ωkj = ωnk− ωjk= ωnj Raman ω2 = ωL (-) ω1 = ωS (+) (3.16.1) (3.16.1) Raman non risonante Per W(x) ~ e Ei x, la probabilità per il Raman diventa circa proporzionale a: e 4 EL2 ES2, 0 (3.17.1) (Questa semplificazione si trova in alcuni testi; ha una certa validità per sistemi con pochi livelli molto ben separati, e lontano dalla risonanza) Is/Ias=[(ν0-νvib)/ (ν0+νvib)]3exp(hνvib/kT) F F Fluore scence Thermally activated fluorescence Electronic - vibrational spectroscopy Coordinate elettroni Coordinate nuclei n Funzione d’onda elettronica Funzione d’onda (vibrazionale) nucleare Born-Oppenheimer Approximation Ψ Ψ φ φ Infrared vibrational spectroscopy Coordinate elettroni Funzione d’onda elettronica Coordinate nuclei Funzione d’onda (vibrazionale) nucleare Il dipolo elettronico dipende dalla posizione dei nuclei: L’elemento di matrice di dipolo vale: 0 Regole di selezione per funzioni d’onda nucleari ed elettroniche 0 Electronic transitions 1 L’elemento di matrice di dipolo vale: 1 1 Fattori di Franck Condon