
分子束(Molecular Beam)指在真空环境中定向运动的、分子间相互作用可忽略的原子或分子流。其核心特征在于分子运动方向高度准直且碰撞频率极低,常用于研究分子结构、化学反应动力学及表面相互作用等。以下是详细解释:
物理状态
分子束中的粒子在超高真空(通常≤10⁻⁴ Pa)环境下运动,通过精密狭缝形成空间约束,确保粒子间平均自由程远大于装置尺寸,从而避免碰撞干扰。
英文释义:A collimated stream of molecules or atoms moving in a high vacuum with negligible intermolecular collisions (Oxford Dictionary of Physics).
束流制备技术
技术原理:$$ lambda gg d $$ (分子平均自由程λ远大于束流直径d)
分子反应动力学
交叉分子束实验可精确测量反应截面与产物角分布,例如李远哲团队利用该技术研究F+H₂→HF+H反应路径,获1986年诺贝尔化学奖。
表面科学
分子束外延(MBE)技术通过定向沉积原子束生长半导体超晶格,应用于量子阱器件制备(参考《表面科学进展》Springer, 2021)。
权威文献参考:
- Scoles G. Atomic and Molecular Beam Methods (Oxford University Press)
- 中国物理学会《物理学报》分子束专题综述 DOI:10.7498/aps.65.173201
- NASA技术报告 Molecular Beam Epitaxy for Space-Based Sensors (NASA/CR–2020–220672)
该技术持续推动量子操控与新材料开发,如2023年MIT团队利用氦分子束实现玻色-爱因斯坦凝聚态观测(Science Vol.379, eade4245)。
分子束是一种在高真空环境中形成的定向运动的分子流,其分子之间几乎不发生碰撞,且运动速度和内部量子态保持稳定。以下是详细解释:
分子束通过将气体分子在高压环境下(如几托压力)通过狭缝喷射到极低压强(约10⁻⁶托)的真空容器中形成。在此过程中,分子因自由程远大于容器尺寸而保持直线运动,并通过准直装置筛选出方向一致的分子流。
美国科学家I.I.拉比开创了分子束实验技术,而华裔科学家李远哲因改进分子束装置并应用于化学反应研究,被誉为“分子束化学真正的实现者”。
如果需要更深入的实验方法或具体案例,可参考上述来源中的高权威性资料。
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