周誉侃对稀土金属吸收光谱研究
发布时间：2009-12-28 14:12:57
发布人：
天堂墓匠
１９３９年，周誉侃进入哥廷根大学第二物理研究所，在Ｋ．Ｈ．黑尔瓦格（Ｈｅｌｌｗｅｇｅ）博士的指导下开始研究各种稀土金属盐晶体的吸收光谱。他查阅了大量文献，从过饱和溶液中自制Ｎｄ和Ｐｒ等的各种水溶盐单晶，分别用棱镜摄谱仪、光栅摄谱仪及分光光度计等进行了一系列的实验工作，拍摄单晶的光谱和萤光光谱，积累了一大批稀土金属盐晶体的吸收光谱和萤光光谱资料。
经过一年多的实验研究和理论分析，并与前人的研究结果加以细致的比较，他认识到前人的工作有不少可以改进，某些结论甚至可能是错误的。在审慎考虑以后，他打算把自己的研究重点放在解决这些疑难问题方面。
首先，周誉侃发现前人对稀土金属盐晶体的吸收光谱已作过大量研究，但由于这类光谱通常十分复杂，人们往往未能把各类谱线按来源加以分离，即未能判明不同谱线的发生机理。他又知道，ＮｄＦ３晶体不含结晶水，其中的Ｎｄ＋＋＋（钕离子）的光谱应不含内晶格振动激发的成分，而只是外晶格振动激发的成分与纯电子跃迁成分的叠加。据此，他认为能利用ＮｄＦ３的这一特点从Ｎｄ＋＋＋光谱中分离出令人最感兴趣的纯电子跃迁谱线。他还发现，前人对稀土金属盐水溶液的吸收光谱研究基本上还是一个空白。而他从自己的实验中观察到，此类盐的晶体和水溶液的吸收光谱之间存在
着相当大的差别：晶体有明显的对称性，故其谱线分裂受到晶格振动的强烈影响；而水溶液则大大降低了晶格振动对谱线分裂的影响，其光谱衍变为在与晶体光谱线略同位置上的更复杂的连续谱带。把二者加以比较，将有助于辨认出源于晶格振动的谱线，从而辨认出其余的纯电子跃迁谱线。基于这两方面的考虑，他自行设计并请人加工了高压氢灯，作为实验用的连续谱光源，选定ＮｄＦ３为样品，拍摄和测量了Ｎｄ＋＋＋可见区和红外区的多个谱线组。用这种方法，他从电子跃迁和外晶格振动激发的复合谱线中成功地分离出纯电子跃迁谱线，并发现了一些外晶格振动激发的谱线，实验结果达到了相当高的精确度。他的研究报告还指出，纯电子跃迁谱线强而尖锐，而晶格振动谱线则相当弱且从电子跃迁谱线处起向短波方向弥散。由此，他比较合理地解释了Ｎｄ＋＋＋光谱的谱线来源，发现了一些谱线，同时也为后人提供了分析此类问题的一种实验方法和一种思维模式。
其次，周誉侃敏锐地察觉，前人在稀土金属能级的排列顺序研究方面有着不少矛盾。例如对于＋＋＋，Ｒ．Ｃ．吉布斯（Ｇｉｂｂｓ）、Ｄ．Ｔ．威尔伯（Ｗｉｌｂｅｒ）和Ｈ．Ｅ．怀特（Ｗｈｉｔｅ）计算了它可能的能级顺序，但由于其光谱相当复杂，当时只有Ｆ．洪德用半经验的实验方法证实了其中的基能级４Ｉ９／２；而由Ｐ．Ｃ．慕克吉（Ｍｕｋｈｅｒｊｉ）按洪德方法提出的其余能级排列顺序，则不但与Ｊ．Ｃ．斯莱特（Ｓｌａｔｅｒ）的结论相抵触，且所用的四极辐射假设又和Ｋ．Ｈ．黑尔瓦格的电偶极辐射实验发生矛盾。周誉侃经过分析，决定从考察晶体能级分裂对内量子数Ｊ以及晶场对称性的依赖性着手，以核实上述几种观点的正确与否。另外，他打算仍以ＮｄＦ３为研究对象，理由有二：其一是这种晶体结构是已知的，前人已证实Ｎｄ＋＋＋位置上的电场有二重对称性，且Ｎｄ＋＋＋周围的电场大大偏离了立方对称性；其二是晶体中只有一种类型的Ｎｄ＋＋＋，所观测到的光谱应只是单个离子的光谱。他认为，正是由于这两点，将有可能根据能级分裂出来的分量数目和晶体对称性及内量子数Ｊ的内在联系，利用各单个谱线组中的谱线数目来确定相应能级的Ｊ值，从而判断各能级的位置。通过一系列实验，他测算了许多谱线组，根据单个谱线组的谱线数目算出相应能级的内量子数Ｊ值，确认了慕克吉根据洪德定则所提出的结论是不正确的，也指出了斯莱特方法是更为可靠的。用这种方法，他虽然尚未能完全确定Ｎｄ＋＋＋的能级顺序，但却相当有说服力地分别证实和否定了当时光谱学领域中一些有影响的观点。
经过一年多的实验研究和理论分析，并与前人的研究结果加以细致的比较，他认识到前人的工作有不少可以改进，某些结论甚至可能是错误的。在审慎考虑以后，他打算把自己的研究重点放在解决这些疑难问题方面。
首先，周誉侃发现前人对稀土金属盐晶体的吸收光谱已作过大量研究，但由于这类光谱通常十分复杂，人们往往未能把各类谱线按来源加以分离，即未能判明不同谱线的发生机理。他又知道，ＮｄＦ３晶体不含结晶水，其中的Ｎｄ＋＋＋（钕离子）的光谱应不含内晶格振动激发的成分，而只是外晶格振动激发的成分与纯电子跃迁成分的叠加。据此，他认为能利用ＮｄＦ３的这一特点从Ｎｄ＋＋＋光谱中分离出令人最感兴趣的纯电子跃迁谱线。他还发现，前人对稀土金属盐水溶液的吸收光谱研究基本上还是一个空白。而他从自己的实验中观察到，此类盐的晶体和水溶液的吸收光谱之间存在
着相当大的差别：晶体有明显的对称性，故其谱线分裂受到晶格振动的强烈影响；而水溶液则大大降低了晶格振动对谱线分裂的影响，其光谱衍变为在与晶体光谱线略同位置上的更复杂的连续谱带。把二者加以比较，将有助于辨认出源于晶格振动的谱线，从而辨认出其余的纯电子跃迁谱线。基于这两方面的考虑，他自行设计并请人加工了高压氢灯，作为实验用的连续谱光源，选定ＮｄＦ３为样品，拍摄和测量了Ｎｄ＋＋＋可见区和红外区的多个谱线组。用这种方法，他从电子跃迁和外晶格振动激发的复合谱线中成功地分离出纯电子跃迁谱线，并发现了一些外晶格振动激发的谱线，实验结果达到了相当高的精确度。他的研究报告还指出，纯电子跃迁谱线强而尖锐，而晶格振动谱线则相当弱且从电子跃迁谱线处起向短波方向弥散。由此，他比较合理地解释了Ｎｄ＋＋＋光谱的谱线来源，发现了一些谱线，同时也为后人提供了分析此类问题的一种实验方法和一种思维模式。
其次，周誉侃敏锐地察觉，前人在稀土金属能级的排列顺序研究方面有着不少矛盾。例如对于＋＋＋，Ｒ．Ｃ．吉布斯（Ｇｉｂｂｓ）、Ｄ．Ｔ．威尔伯（Ｗｉｌｂｅｒ）和Ｈ．Ｅ．怀特（Ｗｈｉｔｅ）计算了它可能的能级顺序，但由于其光谱相当复杂，当时只有Ｆ．洪德用半经验的实验方法证实了其中的基能级４Ｉ９／２；而由Ｐ．Ｃ．慕克吉（Ｍｕｋｈｅｒｊｉ）按洪德方法提出的其余能级排列顺序，则不但与Ｊ．Ｃ．斯莱特（Ｓｌａｔｅｒ）的结论相抵触，且所用的四极辐射假设又和Ｋ．Ｈ．黑尔瓦格的电偶极辐射实验发生矛盾。周誉侃经过分析，决定从考察晶体能级分裂对内量子数Ｊ以及晶场对称性的依赖性着手，以核实上述几种观点的正确与否。另外，他打算仍以ＮｄＦ３为研究对象，理由有二：其一是这种晶体结构是已知的，前人已证实Ｎｄ＋＋＋位置上的电场有二重对称性，且Ｎｄ＋＋＋周围的电场大大偏离了立方对称性；其二是晶体中只有一种类型的Ｎｄ＋＋＋，所观测到的光谱应只是单个离子的光谱。他认为，正是由于这两点，将有可能根据能级分裂出来的分量数目和晶体对称性及内量子数Ｊ的内在联系，利用各单个谱线组中的谱线数目来确定相应能级的Ｊ值，从而判断各能级的位置。通过一系列实验，他测算了许多谱线组，根据单个谱线组的谱线数目算出相应能级的内量子数Ｊ值，确认了慕克吉根据洪德定则所提出的结论是不正确的，也指出了斯莱特方法是更为可靠的。用这种方法，他虽然尚未能完全确定Ｎｄ＋＋＋的能级顺序，但却相当有说服力地分别证实和否定了当时光谱学领域中一些有影响的观点。
公安机关备案号：44040302000222
