Войти
Электронный пузырь - это пустое пространство, созданное вокруг свободного электрона в криогенном газе или жидкость, например неон или гелий. Обычно они очень маленькие, около 2 нм в диаметре при атмосферном давлении.
При комнатной температуре электроны в благородных газах перемещаются свободно, ограничиваясь только столкновениями со слабо взаимодействующими атомами. Их подвижность, которая зависит от плотности и температуры газа, хорошо описывается классической кинетической теорией. При понижении температуры подвижность электронов уменьшается, поскольку атомы гелия замедляются при более низкой температуре и не так часто взаимодействуют с электроном [1].
Ниже критической температуры подвижность электронов быстро падает до значение намного ниже классического. Это несоответствие привело к развитию теории электронного пузыря [2]. При низких температурах электроны, инжектированные в жидкий гелий, не перемещаются свободно, как можно было бы ожидать, а скорее образуют вокруг себя небольшие вакуумные пузырьки.
Электроны притягиваются к жидкому гелию из-за разницы диэлектрических постоянных между газовой и жидкой фазой гелия. Отрицательный электрон поляризует гелий на поверхности, приводя к заряду изображения, который связывает его с поверхностью. Электрону запрещено попадать в жидкость по той же причине, что атомы водорода стабильны: квантовая механика. Электрон и заряд изображения образуют связанное состояние , как электрон и протон в атоме водорода, с минимальным средним разделением. В этом случае минимальная энергия составляет около 1 эВ (умеренное количество энергии в атомном масштабе) [3].
Когда электрон выталкивается в жидкий гелий, а не плавает на нем. на поверхности он образует пузырь, а не попадает в жидкость. Размер этого пузырька определяется тремя основными факторами (без учета небольших поправок): членом ограничения, членом поверхностного натяжения и членом давления-объема. Термин удержания является чисто квантово-механическим, поскольку всякий раз, когда электрон плотно удерживается, его кинетическая энергия возрастает. Член поверхностного натяжения представляет собой поверхностную энергию жидкого гелия; это точно так же, как вода и все другие жидкости. Член давление-объем - это количество энергии, необходимое для выталкивания гелия из пузырька [4].
Здесь E - энергия пузыря, h - постоянная Планка, m - масса электрона, R - радиус пузыря, α - поверхностная энергия, P - давление окружающей среды.
На основе анализа уравнения выше [5] был сделан теоретический прогноз, согласно которому электронный пузырь 2S демонстрирует поразительную морфологическую нестабильность. в широком диапазоне атмосферного давления. Хотя его волновая функция имеет сферическую форму, стабильная форма пузыря несферическая.
