Una molécula de Rydberg es una especie química excitada electrónicamente . Los estados moleculares excitados electrónicamente son generalmente bastante diferentes en carácter de los estados atómicos excitados electrónicamente. Sin embargo, particularmente para sistemas moleculares altamente excitados electrónicamente, la interacción del núcleo iónico con un electrón excitado puede asumir los aspectos generales de la interacción entre el protón y el electrón en el átomo de hidrógeno. La asignación espectroscópica de estos estados sigue la fórmula de Rydberg , llamada así por el físico sueco Johannes Rydberg , y se denominan estados de Rydberg de las moléculas. Las series de Rydberg están asociadas con la eliminación parcial de un electrón del núcleo iónico.
Cada serie de energías de Rydberg converge en un umbral de energía de ionización asociado con una configuración particular del núcleo iónico. Estos niveles de energía de Rydberg cuantizados se pueden asociar con la imagen atómica cuasiclásica de Bohr. Cuanto más nos acercamos a la energía del umbral de ionización, mayor es el número cuántico principal y menor la diferencia de energía entre los estados de Rydberg cercanos al umbral. A medida que el electrón asciende a niveles de energía más altos en una serie de Rydberg, la excursión espacial del electrón desde el núcleo iónico aumenta y el sistema se parece más a la imagen cuasiclásica de Bohr.
Los estados de Rydberg de las moléculas con números cuánticos principales bajos pueden interactuar con los demás estados electrónicos excitados de la molécula, lo que puede provocar cambios en la energía. La asignación de estados de Rydberg moleculares suele implicar el seguimiento de una serie de Rydberg desde números cuánticos principales intermedios hasta altos. La energía de los estados de Rydberg se puede refinar incluyendo una corrección denominada defecto cuántico en la fórmula de Rydberg. La corrección del defecto cuántico se puede asociar con la presencia de un núcleo iónico distribuido.
El estudio experimental de los estados de Rydberg moleculares se ha llevado a cabo con métodos tradicionales durante generaciones. Sin embargo, el desarrollo de técnicas basadas en láser, como la espectroscopia de ionización por resonancia, ha permitido un acceso relativamente fácil a estas moléculas de Rydberg como intermediarios. Esto es particularmente cierto para la espectroscopia de ionización multifotónica mejorada por resonancia ( REMPI ), ya que los procesos multifotónicos implican reglas de selección diferentes a las de los procesos de fotón único. El estudio de los estados de Rydberg de alto número cuántico principal ha generado una serie de técnicas espectroscópicas. Estos "estados de Rydberg cercanos al umbral" pueden tener tiempos de vida largos, en particular para los estados de momento angular orbital más altos que no interactúan fuertemente con el núcleo iónico. Las moléculas de Rydberg pueden condensarse para formar cúmulos de materia de Rydberg que tienen un tiempo de vida prolongado contra la desexcitación.
El dihelio (He 2 * ) fue la primera molécula de Rydberg conocida. [1]
En 2009, investigadores de la Universidad de Stuttgart crearon finalmente un tipo diferente de molécula de Rydberg . Allí, la interacción entre un átomo de Rydberg y un átomo en estado fundamental da lugar a un nuevo tipo de enlace . Se utilizaron dos átomos de rubidio para crear la molécula que sobrevivió durante 18 microsegundos. [2] [3]
En 2015, investigadores de la Universidad de Oklahoma observaron una molécula de Rydberg llamada "trilobite" . [4] Esta molécula fue teorizada en 2000 y se caracteriza por una distribución de densidad electrónica que se asemeja a la forma de un trilobite cuando se representa en coordenadas cilíndricas . [5] Estas moléculas tienen una vida útil de decenas de microsegundos y momentos dipolares eléctricos de hasta 2000 Debye .
En 2016, una colaboración entre investigadores de la Universidad Tecnológica de Kaiserslautern y la Universidad de Purdue observó una molécula de Rydberg en forma de mariposa . [6] [7] Una molécula de Rydberg en forma de mariposa es un emparejamiento débil de un átomo de Rydberg y un átomo en estado fundamental que se ve reforzado por la presencia de una resonancia de forma en la dispersión entre el electrón de Rydberg y el átomo en estado fundamental. Este nuevo tipo de enlace atómico se teorizó en 2002 y se caracteriza por una distribución de densidad electrónica que se asemeja a la forma de una mariposa. [8] Como consecuencia del mecanismo de enlace no convencional, las moléculas de Rydberg en forma de mariposa muestran propiedades peculiares, como múltiples estados fundamentales vibracionales en diferentes longitudes de enlace y momentos dipolares gigantes de más de 500 debye.