Ihåliga atomer i fasta material berättar om sin omgivning
Två elektroner säger mer än en. När litiumatomen, som har tre elektroner, fråntas sina två innersta elektroner och blir “ihålig”, blir den extremt känslig för sin kemiska omgivning visar Uppsalaforskare i en artikel i tidskriften Physical Review Letters.
Elektroner som är starkt bundna i en atom används ofta för kemisk analys eftersom de berättar om den kemiska omgivningen i närheten av den atomen. Därför har det utvecklats mängder av experimentella metoder och teorier som studerar vad som händer när en starkt bunden innerelektron exciteras (förflyttas).
Forskargruppen, som leds av professor Jan-Erik Rubensson, har upptäckt att det, tvärtemot vad de flesta har trott, är lätt att excitera två innerelektroner med synkrotronljus. Det verkar nu som om två elektroner har mer att berätta om sin omgivning än en.
Litiumatomen består av en kärna med tre plusladdningar och tre elektroner. När den bildar kemiska föreningar flyttar ofta den yttersta elektronen över till grannatomerna, så att det bara blir två starkt bundna innerelektroner kvar. Med synkrotronljus från den nationella anläggningen MAX-lab i Lund, exciteras båda dessa elektroner så att litiumkärnan plötsligt befinner sig alldeles ensam: den blir vad man kallar en ihålig atom.
En avklädd, trippelladdad kärna vill inte vara ensam när det finns mängder av elektroner i närheten, så den kommer inte att vara i denna märkliga situation många femtosekunder. Men det räcker. Under denna korta tid kan de båda exciterade elektronerna bete sig på många olika sätt: ibland stannar båda två i närheten, ibland ger sig en av medan den andra stannar, ibland ger de upphov till excitationer bland ytterelektronerna, osv. En konsekvens av detta är att man ser många starka resonanser i ljusspridningen: Det blir ett eldorado för spektroskopisten.
Nu ska forskargruppen undersöka hur upptäckten kan användas, för exempelvis kemisk analys. De kommer att titta på litiumatomer i sammanhang som är relevanta för elektrokemi (batterier) och biologi. Dessutom ska de se om det är lika lätt att göra andra atomer än litium ihåliga.
Bild: http://www.info.uu.se/pressmapp/Atom.gif
Bildtext:
Bilden visar hur elektronerna fördelas i LiCl. De flesta elektronerna befinner sig runt klorkärnorna, det är i de höga bergen elektrontätheten finns. Vid litiumkärnorna är bergen små: De motsvarar två innerelektroner. Vid litiumatomen i mitten har båda dessa elektroner exciterats och skapat ett hål runt litiumkärnan.
Referens: Physical Review Letters 93, 016404 (2004)
Länk:http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=PRLTAO000093000001016404000001&idtype=cvips&gifs=Yes
Kontaktinformation
Kontaktperson: Jan-Erik Rubensson, tel. 018-471 3562, 0704-250480, eller via e-post: Jan-Erik.Rubensson@fysik.uu.se
