Können Rydberg-Zustände innerhalb der Masse eines Metalls existieren?

Mir ist bekannt, dass Elektronen der äußeren Schale in Rubidiumatomen in einem optischen Gitter auf Rydberg-Niveaus angeregt werden können , in denen die Elektronen weit über die Atome hinaus kreisen, an die sie gebunden sind. Kann das auch in der Masse eines Metalls passieren?

Wenn dies nicht experimentell untersucht wurde, nehmen Sie an, dass es einen oder mehrere einfache Mechanismen gibt, die die erforderliche Anregung liefern könnten – zum Beispiel natürlich vorkommende Alpha- oder Betastrahler.

Wenn Rydberg-Niveaus innerhalb der Masse eines Metalls nicht möglich sind, warum ist dies der Fall? Wenn sie möglich sind, wie würde die Elektronenladungsdichte beeinflusst werden? Im Nicht-Rydberg-Fall verstehe ich, dass die d-Elektronendichte in den Zwischengitterregionen ziemlich niedrig sein wird. Würde sich das im Fall Rydberg ändern? Wie lange würde der Erregungszustand anhalten? Wie würde der Blockadeeffekt einfließen? Können Sie einen geeigneten Ansatz zur Modellierung der Ladungsdichte empfehlen?

(Es scheint, dass ein Papier von 1996 einige Berechnungen durchgeführt hat, die hier relevant sind, die ich mir ansehen werde. Ich bin immer noch an allen Informationen interessiert, die die Leute geben können.)

Ich kann es nicht mit Sicherheit sagen, aber ich halte das für sehr unwahrscheinlich. Die Lebensdauer von Rydberg-Staaten sollte sehr kurz sein. Außerdem sind normale Metalle im Vergleich zu dem von Ihnen erwähnten ultrakalten Experiment sehr heiß. Das thermische Verhalten sollte die Lebensdauer der angeregten Zustände weiter reduzieren.
@KevinDriscoll: Interessanter Gedanke. Meine spontanen Ideen -- (1) Die kinetische Energie der Metallatome beträgt << eV, während die elektronische Struktur Energie in der Größenordnung von eV benötigt, um zu stören. (2) Höhere Temperaturen sollten die Wahrscheinlichkeit einer Störung eher erhöhen als verringern.
@KevinDriscoll Einige Rydberg-Zustände haben eine Lebensdauer von fast 1 ms, was angesichts der relevanten Zeitskalen ziemlich lang ist. Genau deshalb werden sie in der Forschung für zB Quantencomputer eingesetzt
@Erik: Ich gehe davon aus, dass die Lebensdauer von 1 ms für freie Atome gilt. In kondensierter Materie würden solche Zustände fast augenblicklich durch Kollisionen unterbrochen.
@BenCrowell ja, du hast wahrscheinlich recht, entschuldige meinen Fehler!
eine verwandte Frage zur Pseudowissenschaft mit Behauptungen, die sie mit Rydberg-Zuständen in kondensierter Materie verbinden: physical.stackexchange.com/questions/43960/…
@BenCrowell: Sie outen niemanden - ich gebe offen zu, dass dies mit kalter Fusion zusammenhängt. Alle meine Fragen beziehen sich auf die Kalte Fusion. Aber ich denke, Sie verpassen die interessante Physik davon, außerhalb dieses Kontexts, der für diese Site relevant ist. (Zumindest interessant für Amateure, die noch etwas über dieses Zeug lernen.)
@BenCrowell: Als Hilfe für alle, die in diesem Punkt verwirrt sein könnten, füge ich meinem Profil eine entsprechende Notiz hinzu. Fühlen Sie sich frei, die Leute darauf hinzuweisen.
In einem isolierenden Festkörper gibt es so etwas (Fettes) wie ein Frenkel-Exziton, das ein Elektron-Loch-Analogon eines Rydberg-Atoms ist. Aber das gilt kaum für Metalle...
Ups, der andere Typ – Wannie-Mott Exziton – der ist wie Rydberg. Entschuldigung für die Verwechslung in meinem obigen Kommentar.

Antworten (2)

Einige schnelle Gedanken, aber hoffentlich nützlich:

Das direkte Analogon der Rydberg-Zustände würde nur ein Elektron auf ein sehr hohes Energieband anregen. Ich glaube nicht, dass dies etwas besonders Interessantes bewirkt, außer schnell zu verfallen. Es gibt einfach zu viele Abklingkanäle. Beachten Sie, dass die Elektronen in einem Metall delokalisiert sind, sodass es keinen Sinn macht, dass man aus solch hochenergetischen Elektronen ein „großes Atom“ erhält. Ich denke im Gegenteil, ein solches Elektron würde aufgrund seiner kurzen Wellenlänge im Wesentlichen frei und sehr "klein" aussehen.

Ein besseres Analogon eines Rydberg-Zustands (und vielleicht haben Sie das im Sinn) könnte eine Donatorstelle in der Lücke eines Halbleiters sein. Dies wäre eine positiv geladene Verunreinigung im Gitter. Wenn das Material stimmt, beherbergt es wasserstoffähnliche Zustände (wenn ich mich richtig erinnere, benötigen Sie eine kleine effektive Masse). Diese Zustände liegen in der Lücke, es gibt also keine Delokalisierung wie bei den elektronischen Bändern. In der naivsten Näherung (was alles ist, was ich weiß) erhalten Sie genau die Rydberg-Reihe, aber mit einer anderen Masse und Dielektrizitätskonstante, sodass Ihre Umlaufbahnen sehr groß und Ihr „Rydberg“ sehr klein ist.

Weitgehend äquivalent ist ein Wannier-Exziton, das in gleicher Weise ein gebundener Zustand von Elektron und Loch ist.

Ich habe nicht wirklich etwas über hocherregte Zustände dieser Dinger gesehen, aber das könnte Unwissenheit meinerseits sein. Auch hier ist es schwer vorstellbar, dass die Lebensdauer lang sein würde, aber Exzitonen selbst können überraschend lange Lebensdauern haben, bis zu einer Millisekunde.

Ich dachte an die Spenderstelle im Halbleitergehäuse, was interessant ist. Zur Delokalisierung der Elektronen - ich glaube, das gilt nur für die am lockersten gebundenen Elektronen. Wenn ich mich nicht irre, ist ein Großteil der Elektronen immer noch ziemlich lokalisiert um die Gitterplätze herum.

Ich nehme an, die Frage geht irgendwie auf Leif Holmlids Behauptungen zurück, "Rydberg-Materie" und "ultradenses Deuterium" im Labor entdeckt zu haben.

Können Rydberg-Zustände innerhalb der Masse eines Metalls existieren?

Die Antwort ist nein, aus einfachen Gründen. Zum Beispiel können Rydberg-Zustände in einatomigem Wasserstoff nur bei geringen Dichten existieren. Das liegt einfach am Staatsradius N geht wie N 2 . Es gibt nicht genug Platz für beliebig hoch N Zustände existieren, und sie würden durch Kollisionen gestört, deren Querschnitt geht wie N 4 . Im Absorptionsspektrum der Sonne gibt es zum Beispiel einen Cutoff in der N Werte, die beobachtet werden, weil die Dichte des Gases ziemlich hoch ist. Deshalb werden wir sie auf keinen Fall in kondensierter Materie sehen.

Holmlid ist ein Verrückter, der seine Behauptungen sehr hartnäckig durchsetzt. Beispielsweise versuchte er, in einem Wikipedia-Artikel „ Rydberg Matter “ für sich selbst zu werben, schrieb den Artikel selbst und zitierte ausgiebig seine eigenen Arbeiten. Obwohl es ihm gelungen ist, seine Artikel in Zeitschriften zu veröffentlichen, ergab eine Literaturrecherche, dass von 2154 Verweisen auf seine Artikel (vermutlich nicht alle zu Rydberg-Angelegenheiten) 1863 Selbstzitate waren. Die geringe Anerkennung, die seine Arbeit von anderen erhalten hat, scheint hauptsächlich von Cold-Fusion-Freaks wie Hora und Miley zu stammen, mit denen er gemeinsam wissenschaftliche Arbeiten verfasst hat.

Keine absichtliche Verbindung zu Holmlids Arbeit - meine Referenz ist in erster Linie die Reihe von Experimenten mit Rubidiumatomen nach dem Vorbild des phys.org-Artikels. Aber deine Kommentare sind hilfreich.
Können Rydberg-Zustände innerhalb der Masse eines Metalls existieren?
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