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Excited-state spectroscopy of $Rb_2$ and KRb by resonance enhanced two photon ionization in a supersonic molecular beam = 초음속 펄스분자선에서 공명증진 2광자 이온화법을 이용한 $Rb_2$와 KRb 분자의 들뜬 전자 상태들에 대한 분광학적 연구
서명 / 저자 Excited-state spectroscopy of $Rb_2$ and KRb by resonance enhanced two photon ionization in a supersonic molecular beam = 초음속 펄스분자선에서 공명증진 2광자 이온화법을 이용한 $Rb_2$와 KRb 분자의 들뜬 전자 상태들에 대한 분광학적 연구 / Yong-Hoon Lee.
저자명 Lee, Yong-Hoon ; 이용훈
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2003].
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초록정보

Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of $Rb_{2}$: 500-nm system. Resonance enhanced two-photon ionization (RE2PI) study in a pulsed molecular beam identified new $2 ^{3}∏_{u}(0_{u}^{+}, 1_{u}) - X ^{1}∑_{g}^{+}(0_{g}^{+})$ transitions of $Rb_{2}$. These transitions are spin-forbidden and borrow transition moments from other allowed transitions. These two borrowed perpendicular and parallel transition moments interfere each other and which is caused by heterogeneous perturbation connects the two upper states. Interference pattern is observed in the relatively weak $1_{u}$ subband with very sharp contrast, which is interference-induced rotational-branch intensity anomaly. In the $1_{u}$ subband, the intensity of R-branch (ΔJ = +1) rotational lines is very enhanced while that of P-branch (ΔJ = -1) rotational lines almost disappears. Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of $Rb_{2}$: 475-nm system. Perturbations in the $Rb_{2}$ 475-nm system were studied by resonance enhanced two-photon ionization in a supersonic molecular beam. The rotational structures of the $2^{1}∏_{u}$, $2 ^{1}∑_{u}^{+}$ and extra bands were analyzed. Vibrational-level dependence of perturbed molecular constants reveals that the perturbation is strongest in the v` = 7 and 8 levels of the $2 ^{1}∏_{u}$ state. The $2 ^{1}∏_{u}$ $v` = 5 - 8$ bands are accompanied with five strong extra bands. The rotational structures of these extra bands show that their electronic symmetries are same with that of the $2 ^{1}∏_{u}$ state. Therefore, the perturbation between the $2 ^{1}∏_{u}$ and the upper electronic states of the extra bands is through a homogeneous spin-orbit coupling. This perturbation enables the $2 ^{1}∏_{u}$ state to be an intensity source of dark states of $2^{3}∏_{u}(1_{u})$ and $3^{3}∑_{u}^{+}(1_{u})$ states in this spectral region. To assign the upper electronic states of the extra bands we compared observed rotational and vibrational properties with calculated values using ab initio potentials of the $2 ^{3}∏_{u}$ and $3 ^{3}∑_{u}^{+}$ states. By this comparison we could assign the upper electronic states of the extra bands. Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of $Rb_{2}$: 425-nm system. The $Rb_2$ 425-nm system provides very rich information on spectroscopy and dynamics such as the new ion-pair state, spin-orbit coupling, multi-channel predissociation, and so forth. Three new vibronic transitions of $3^{1}∑_{u}^{+} - X^{1}∑_{g}^{+}, 3^{3}∏_{u}(0_{u}^{+}) - X ^{1}∑_{g}^{+}, and 3 ^{3}∏_{u}(1_{u}) - X ^{1}∑_{g}^{+}$ were identified from vibrational analysis, comparison with ab initio calculations, and consideration of perturbations. The sharp energy threshold of the fast predissociation was observed in the photofragment yield (PFY) spectrum. From the PFY spectrum and the TOF mass profile of the fragmented $^{85}Rb$ atom, it was found out that the rates of the previously reported fast and slow predissociation channels become comparable in the higher energy region. All of the newly observed excited states also show similar predissociation dynamics with that of the $3 ^{1}∏_{u}$ state. Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of KRb: 530-nm system I. The $3^{3}∑^{+} - X^{1}∑^{+} transition of KRb was observed by resonance enhanced two-photon ionization in a pulsed molecular beam. The hyperfine structures of $^{39}K^{85}Rb$ and $^{39}K^{87}Rb$ isotopomers were observed. They are mainly caused by the Fermi contact interaction between the Rb nuclear spin and the unpaired electron spin. The hyperfine splitting is larger in $^{39}K^{87}Rb$ than in $^{39}K^{85}Rb$ because the nuclear magnetic moment of $^{87}Rb$ is larger than that of $^{85}Rb$. The Fermi contact interaction constants were determined as 291(30) MHz for $^{39}K^{85}Rb$ and 665(25) MHz for $^{39}K^{87}Rb$. The ratio of them (1:2.3) agrees well with that of nuclear magnetic moments of $^{85}Rb$ and $^{87}Rb$ isotopes (1:2.033) within errors of the Fermi contact interaction constants determined experimentally. In the KRb $3 ^{3}∑^{+}$ state the electron spin couples much stronger with the Rb nuclear spin than the molecular rotation. Therefore, its energy level structure is well described by the hyperfine angular momentum coupling scheme of the $b_{β}_{S}$ case. Molecular constants and RKR potential energy curve of the $3^{3}∑^{+}$ state were obtained. Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of KRb: 530-nm system II. New electronic quadrupole transition of KRb was identified by resonance enhanced two-photon ionization study in a supersonic molecular beam. The rotational structure shows O(ΔJ = -2), P(ΔJ = -1), Q(ΔJ = 0), R(ΔJ = +1), and S(ΔJ = +2) branches. From the analysis of the rotational structure and comparison with the electric quadrupole transitions of other alkali metal dimers, the observed bands were assigned to the $1 ^{1}Δ - X ^{1}∑^{+}$ transition of KRb, which are allowed by electric quadrupole transition moment. The molecular constants of the upper electronic state were determined. These agree will with the ab initio calculations.

Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of $Rb_{2}$: 500-nm system. 초음속 분자선에서 공명증진 2광자 이온화 분광법을 이용하여 500 nm 영역에서 $Rb_{2}$의 $2^{3}∏_{u}(0_{u}^{+}, 1_{u}) - X^{1}∑_{g}^{+}(0_{g}^{+})$ 전이를 관찰하였다. $Rb_{2}$ $2^{3}∏_{u}(0_{u}^{+}, 1_{u}) - X^{1}∑_{g}^{+}(0_{g}^{+})$ 전이는 스핀 금지 전이임에도 불구하고 다른 허용된 전이들로부터 전이 모멘트를 빌려와서 관찰된 것이다. $2^{3}∏_{u}$ 들뜬 상태의 두 Ω 항들 - $1_{u}, 0_{u}^{+}$ - 사이의 섭동에 의해 빌려온 두 수직 전이 모멘트와 수평 전이 모멘트가 양자 간섭을 일으킨다. 상대적으로 더 약하게 관찰된 $1_{u}$ 상태의 회전 스펙트럼에서 간섭 패턴이 매우 뚜렷하게 관찰되었다. Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of $Rb_{2}$: 475-nm system. 초음속 분자선에서 공명증진 2광자 이온화 분광법을 이용하여 475 nm 영역에서 $Rb_{2}$의 들뜬 전자 상태들 사이의 섭동 현상을 관찰하였다. $2^{1}∏_{u}, 2^{1}∑_{u}^{+}$ 전자 상태와 관찰된 다른 진동 띠들의 회전 스펙트럼을 분석하였다. $2^{1}∏_{u}$ 전자 상태의 분자 상수들의 진동 양자 수에 따른 변화를 측정함으로써 v` = 7, 8 진동 준위에서 섭동이 가장 심하게 일어나고 있음을 알 수 있었다. $2^{1}∏_{u} 전자 상태의 v` = 5 - 8 진동 띠들은 5개의 강한 여분의 진동 띠들을 동반하여 관찰된다. 여분으로 관찰된 진동 띠들의 회전 에너지 구조로부터 이들의 들뜬 전자 상태가 $2^{1}∏_{u}$와 같은 대칭성을 갖는다는 것과 스핀-궤도 상호작용에 의해 $2^{1}∏_{u}$와 섭동하고 있음을 알 수 있었다. 여분의 진동 띠들은 스핀-궤도 상호작용에 의해 $2^{1}∏_{u}$로부터 전이 모멘트를 빌려온 들뜬 전자 상태들로의 전이에 의한 것이다. 순 이론적 방법을 통해 계산된 잠재 에너지 곡선을 이용하여 들뜬 상태 분자의 진동, 회전 상수들을 계산하여 관찰 결과와 비교함으로써 이들 들뜬 전자 상태들을 각각 $2^{3}∏_{u}(1_{u})$와 $3^{3}∑_{u}^{+}(1_{u})$로 규명하였다. Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of $Rb_{2}$: 425-nm system. 초음속 분자선에서 공명증진 2광자 이온화 분광법을 이용하여 425 nm 영역에서 $Rb_{2}$의 이온 짝 $(Rb^{+}Rb^{-})$ 상태를 비롯한 새로운 들뜬 전자 상태들과 스핀-궤도 상호작용, 다채널 선해리 현상 등을 관찰하였다. 들뜬 전자 상태들의 진동 스펙트럼 분석을 통해 3개의 새로운 들뜬 전자 상태들을 - $3^{1}∑_{u}^{+}, 3^{3}∏_{u}(0_{u}^{+}), 3^{3}∏_{u}(1_{u}) - 규명하였다. 광분해 산물 스펙트럼과 비행시간 질량분석 스펙트럼으로부터 매우 빠른 선해리 반응이 일어나기 시작하는 에너지를 관찰하였고 상대적으로 느린 선해리 반응과 빠른 선해리 반응의 속도가 전이 에너지의 양이 증가할수록 점점 비슷해지는 현상을 관찰하였다. Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of KRb: 530-nm system I. 초음속 분자선에서 공명증진 2광자 이온화 분광법을 이용하여 530 nm 영역에서 KRb의 동위원소 분자인 $^{39}K^{85}Rb$와 $^{39}K^{87}Rb$의 $3^{3}∑_{+}$ 전자 상태의 초미세 에너지 구조를 관찰하였다. 이러한 초미세 구조는 Rb 원자 핵스핀과 홀 전자의 스핀 사이의 페르미 맞닿음 상호작용에 의한 것이다. 초미세 상호작용에 의한 에너지 준위의 갈라짐은 $^{39}K^{85}Rb$보다 $^{39}K^{87}Rb$에서 더 크게 나타난다. 이것은 $^{87}Rb$의 핵자기 모멘트가 $^{85}Rb$보다 크기 때문이다. $^{39}K^{85}Rb$와 $^{39}K^{87}Rb$의 페르미 맞닿음 상호작용 상수는 각각 291(30) MHz, 665(25) MHz로 관찰되었다. 이들 두 동위원소 분자들의 페르미 맞닿음 상호작용 상수 비는 (1:2.3) $^{85}Rb$와 $^{87}Rb$의 핵자기 모멘트 크기 비와 (1:2.033) 측정오차 내에서 잘 일치한다. $3^{3}∑^{+}$ 전자 상태로 들뜬 KRb 분자의 전자 스핀 운동은 분자의 회전 운동 보다 Rb 원자 핵스핀 운동과 매우 강하게 상호작용하고 있으며 따라서 이때의 초미세 에너지 구조는 $b_{β}_{S}$ 커플링 모델로 잘 묘사된다. KRb $3^{3}∑^{+}$ 전자 상태의 분자 상수와 RKR 잠재 에너지 곡선을 결정하였다. Resonance enhanced two-photon ionization spectroscopy of KRb: 530-nm system II. 초음속 분자선에서 공명증진 2광자 이온화 분광법을 이용하여 530 nm 영역에서 KRb의 새로운 전기 사극자 전이를 관찰하였다. 회전 스펙트럼은 O(ΔJ = -2), P(ΔJ = -1), Q(ΔJ = 0), R(ΔJ = +1), S(ΔJ = +2) 가지 회전 전이들로 구성되어있음을 알 수 있었다. 회전 스펙트럼 분석과 다른 알칼리 2원자 분자들에서 관찰된 전기 사극자 전이 스펙트럼과의 비교를 통해서 관찰된 전이가 $1^{1}Δ - X^{1}∑^{+}$임을 규명하였다. 결정된 들뜬 상태 분자 상수들은 순 이론적 방법을 통해 계산한 결과와 잘 일치한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 03007
형태사항 xvii, 159 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 Includes appendix
저자명의 한글표기 : 이용훈
지도교수의 영문표기 : Bong-Soo Kim
지도교수의 한글표기 : 김봉수
수록잡지명 : "The 530 nm system of KRb observed in a pulsed molecular beam: new electric quadrupole transitions ($1 ^1\Delta - X ^1\Sigma^+$)". Journal of chemical physics, v.115 no.16, pp. 7413-7419 (2001)
수록잡지명 : "Direct observation of the $2 ^3\Pi_u$ state of $Rb_2$ in a pulsed molecular beam: rotational branch intensity anomalies in the $2 ^3\Pi_u(1_u) - X ^1\Sigma_g^+(0_g^+)$". Journal of chemical physics, v.113 no.6, pp. 2116-2123 (2000)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Includes references
주제 Molecular spectroscopy
Alkali metal dimer
Perturbation
Hyperfine structure
Electric quadrupole transition
분자 분광학
알칼리 금속 2원자 분자
섭동
초미세 에너지 구조
전기 4극자 전이
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