Кіріспе

Айналатын физикалық жүйелердің моделі

Ротор динамикасында қатты ротор – айналатын жүйелердің механикалық моделі. Кез келген қатты ротор – бұл 3 өлшемді қатты дене, мысалы, айналдырғыш. Мұндай денені кеңістікте бағыттау үшін үш бұрыш қажет, олар Эйлер бұрыштары деп аталады. Арнайы қатты ротор – бұл тек екі бұрышпен сипатталатын сызықтық ротор, мысалы, екі атомды молекула. Көбінесе молекулалар 3 өлшемді болады, мысалы, су (асимметриялық ротор), аммиак (симметриялық ротор) немесе метан (сфералық ротор).

Сызықтық ротор

Сызықтық қатты ротор моделі – бұл массалық ортасынан белгілі бір қашықтықта орналасқан екі нүктелік массадан тұрады. Екі масса арасындағы тұрақты қашықтық және масса шамалары – қатты модельді сипаттайтын жалғыз параметрлер. Дегенмен, көптеген нақты димерлер үшін бұл модель тым шектеулі, себебі қашықтықтар көбінесе толығымен бекітілмейді. Қашықтықтағы шағын өзгерістерді ескеру үшін қатты модельге түзетулер енгізуге болады. Мұндай жағдайларда да қатты ротор моделі пайдалы бастапқы нүкте (бірінші жақындау) болып табылады.

Таңдау ережелері

Молекуланың айналу ауысуы молекула фотонды сіңіріп алған кезде (квантталған электромагниттік өрістің бөлшегі) пайда болады. Фотонның энергиясына байланысты (яғни, электромагниттік өрістің толқын ұзындығы) бұл ауысуды тербеліс және/немесе электрондық ауысудың қосымша жолағы ретінде қарастыруға болады. Виброникалық (= тербелістік плюс электрондық) толқындық функция өзгермейтін таза айналу ауысулары электромагниттік спектрдің микротолқындық аймағында пайда болады. Әдетте, айналу ауысулары тек бұрыштық импульс кванттық саны өзгергенде ғана байқалады. Бұл таңдау ережесі уақытқа тәуелді Шредингер теңдеуінің бірінші реттік бұзылыс теориясының шамасынан туындайды. Бұл әдіс бойынша айналу ауысуларын диполь операторының бір немесе бірнеше компоненттерінің нөлдік емес ауысу моменті болған кезде ғана байқауға болады. Егер кіретін электромагниттік толқынның электр өрісі компонентінің бағыты болса, онда ауысу моменті: Егер бұл интеграл нөлден өзгеше болса, ауысу пайда болады. Молекулалық толқындық функцияның айналу бөлігін виброникалық бөліктен бөліп қарастырғанда, молекуланың тұрақты диполь моменті болуы керек екенін көрсетуге болады. Виброникалық координаттар бойынша интеграциядан кейін ауысу моментінің келесі айналу бөлігі қалады, мұнда – тұрақты диполь моментінің z компоненті. Момент – диполь операторының виброникалық орташа компоненті. Тек гетероядролық молекула осі бойымен тұрақты дипольдің компоненті ғана нөлдік емес. Сфералық гармоникалардың ортогоналдығын пайдалану арқылы , , және сандарының қай мәндері дипольдік ауысу моменті интегралының нөлдік емес мәндеріне әкелетінін анықтауға болады. Бұл шектеу қатты ротордың байқалатын таңдау ережелеріне әкеледі:

Молекулалық айналымдарды тікелей тәжірибелік бақылау

Ұзақ уақыт бойы молекулалық айналысты эксперименттік түрде тікелей байқау мүмкін болмады. Тек атомдық деңгейдегі өлшеу техникалары ғана жеке молекуланың айналуын анықтауға мүмкіндік берді. Төмен температурада молекулалардың (немесе олардың бір бөлігінің) айналысы тоқтатылуы мүмкін. Бұл сканерлік туннельдік микроскопия арқылы тікелей көрініс табуға болады, яғни жоғары температурадағы тұрақтандыру айналу энтропиясымен түсіндірілуі мүмкін.