MAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT - A MTA III. OSZTÁLYÁNAK FIZIKAI KÖZLEMÉNYEI 25. KÖTET (1977)

25. kötet / 1. sz. - BERGOU JÁNOS: Fényszórás kétatomos molekulákon

2 BERGOU JÁNOS akkor a szórt fényben . A hullámhosszú komponens mellett megjelenhetnek a •y A'·A+— hullámhosszú komponensek is. Ezekre is fennáll, hogy /'~A'-4, de az arányossági tényező általában jóval kisebb, mint a beesővel megegyező hullámhosszú szórt fény esetén. Debye ezt még csak a szórócentrum elektromágneses rezgéseire mutatta ki, Smekal azonban megmutatta, hogy a szórócentrum mechanikai rezgéseire is érvényes. Ezt a jelenséget, amelyet Raman és munkatársai 1928-ban fedeztek fel, Raman-effektusnak nevezik [4]. A fényszórás klasszikus elmélete ma már teljesen kidolgozott és számos gyakorlati alkalmazást is nyert (1. pl. [5] és [6]). A kvantummechanika és különösen a kvantumelektrodinamika kidolgozásával párhuzamosan a fényszórás elmélete is újabb fejlődésnek indult. Kidolgozták az atomok és molekulák elméletét és ennek során kiderült, hogy pl. a molekulákban a molekula rezgéséből és forgásából származó átmenetekhez tartozó frekvenciák a spektrum infravörös és távoli infravörös részébe esnek [7]. Ezek megfigyelése az infravörös spektroszkópia módszereivel nehézkes volt, éppen ebből a szempontból jelentett nagy haladást a Raman-effektus felfedezése, mert lehetővé tette, hogy a spektrumnak ezt a távoli részét is az optikai spektrumra kidolgozott módszerekkel vizsgálják. A Rayleigh- és Raman-szórás kvantumelméleti leírása hosszú ideig az intenzitásarányok, ill. kiválasztási szabályok leírására korlátozódott [8], [9]. A különböző szimmetriatulajdonságokkal rendelkező molekulákra nézve a kiválasztási szabályok, ill. intenzitásarányok a molekula szimmetriájától függnek. A fényszórás szimmetriatulajdonságainak általános elvekből történő levezetése megtalálható pl. [10]-ben, különböző polarizációjú és koherenciafokú beeső fény esetére. A molekulafizika kvantitatív kidolgozása elsősorban a legegyszerűbb, azaz a kétatomos molekulák kvantitatív leírásával kezdődött. Ezen belül a H2, ill. a H2 mint legegyszerűbb molekula elektronenergiáját (1.1. és 2. §) és egyéb paramétereit határozták meg a legteljesebben és a kísérletekkel teljes összhangban [11]. A H2 molekula elektronszerkezetére vonatkozó kvantitatív adatok [12] és [13]-ban találhatók meg. Mindezen kvantitatív adatok elvben már elegendők ahhoz, hogy a molekuláris fényszórásnak ne csak az intenzitásviszonyait, hanem az abszolút értékét is meghatározzuk. Megbízható adat azonban a szórt fény intenzitásának abszolút értékére, mint az a 8. és 9. § elején található rövid irodalmi áttekintés alapján kiderül — nincs, aminek az az oka, hogy még abban az esetben is, ha a molekula elektronállapotát teljesen ismerjük, a molekula egyéb szabadsági fokainak (vibráció és rotáció) a meghatározása elég nehéz. A fényszórás jelenségkörének problematikáját azonban nemcsak a szóróanyag felől közelíthetjük meg, hanem a szóródó fény felől is. Mindaddig, amíg igen nagy intenzitású, monokromatikus, koherens és tetszőlegesen polarizált fényt kibocsátó fényforrás nem állt rendelkezésre, az abszolút intenzitásadatok iránti igény nem volt túlságosan sürgető. Részben ez is indokolja az elméleti adatok hiányát ezen a téren. A lézerek megjelenésével azonban ez a helyzet gyökeresen megváltozott, ugyanis megjelent az a fényforrás, amely egy hullámhosszon elegendően nagy intenzitású fényt bocsát ki ahhoz, hogy abszolút értékek is mérhetők legyenek. A lézereknek a 60-as évek közepétől számított elterjedésétől kezdve a Raman-spektroszkópia megújult és a publikációk száma az eltelt tíz év alatt már több, mint az azt megelőző negyven évben [14]. A fejlődés nemcsak mennyiségi, hanem minőségi is, és a jelenlegi lézerintenzitások mellett az abszolút mérések elvégzése már reális program.