Un haz molecular se produce al permitir que un gas a mayor presión se expanda a través de un pequeño orificio hacia una cámara a menor presión para formar un haz de partículas ( átomos , radicales libres , moléculas o iones ) que se mueven a velocidades aproximadamente iguales , con muy pocas colisiones entre las partículas. Los haces moleculares son útiles para fabricar películas delgadas en epitaxia de haz molecular y estructuras artificiales como pozos cuánticos , cables cuánticos y puntos cuánticos . Los haces moleculares también se han aplicado como haces moleculares cruzados . Las moléculas en el haz molecular pueden manipularse mediante campos eléctricos y campos magnéticos . [1] Las moléculas pueden desacelerarse en un desacelerador Stark o en un desacelerador Zeeman .
El primero en estudiar los experimentos con haces atómicos fue Louis Dunoyer de Segonzac en 1911, pero fueron experimentos simples para confirmar que los átomos viajaban en línea recta cuando no actuaban sobre ellos fuerzas externas. [2]
En 1921, Hartmut Kallmann y Fritz Reiche escribieron [3] sobre la desviación de haces de moléculas polares en un campo eléctrico no homogéneo, con el objetivo final de medir sus momentos dipolares . Ver las pruebas de página del trabajo de Kallman y Reiche impulsó a Otto Stern de la Universidad de Hamburgo y la Universidad de Frankfurt am Main a apresurarse a publicar su trabajo con Walther Gerlach sobre lo que más tarde se conocería como el experimento de Stern-Gerlach . (El artículo de Stern hace referencia a la preimpresión, pero el trabajo de Kallman y Reiche pasaría en gran medida desapercibido. [4] )
Cuando apareció el artículo de Stern-Gerlach de 1922 causó sensación: afirmaban haber demostrado experimentalmente la "cuantización espacial": evidencia clara de los efectos cuánticos en una época en la que los modelos clásicos todavía se consideraban viables. [4] : 50 La explicación cuántica inicial de la medición -como una observación del momento angular orbital- no era correcta. Se necesitaron cinco años de intenso trabajo sobre la teoría cuántica antes de que se diera cuenta de que el experimento era de hecho la primera demostración cuántica del espín electrónico [2]. El grupo de Stern continuaría creando experimentos pioneros con haces atómicos y, más tarde, con haces moleculares. Los avances de Stern y sus colaboradores llevaron a descubrimientos decisivos, entre ellos: el descubrimiento de la cuantización espacial ; las ondas de materia de De Broglie ; los momentos magnéticos anómalos del protón y el neutrón ; el retroceso de un átomo de emisión de un fotón ; y la limitación de las secciones transversales de dispersión para las colisiones moleculares impuestas por el principio de incertidumbre [2].
El primero en informar sobre la relación entre los momentos dipolares y la desviación en un haz molecular (utilizando sales binarias como KCl ) fue Erwin Wrede en 1927. [5] [4]
En 1939, Isidor Rabi inventó un método de resonancia magnética de haz molecular en el que dos imanes colocados uno tras otro crean un campo magnético no homogéneo. [6] El método se utilizó para medir el momento magnético de varios isótopos de litio con haces moleculares de LiCl , LiF y dilitio . [7] [8] Este método es un predecesor de la RMN . La invención del máser en 1957 por James P. Gordon , Herbert J. Zeiger y Charles H. Townes fue posible gracias a un haz molecular de amoníaco y un enfocador cuadrupolo electrostático especial. [9]
El estudio del haz molecular condujo al desarrollo de la epitaxia de haz molecular en la década de 1960.