ПОЛЯРИЗУ́ЕМОСТЬ

ПОЛЯРИЗУ́ЕМОСТЬ ато­мов, ио­нов и мо­ле­кул, спо­соб­ность этих час­тиц по­ля­ри­зо­вать­ся во внеш­нем элек­трич. по­ле, т. е. при­об­ре­тать на­ве­дён­ный муль­ти­поль­ный мо­мент (ди­поль­ный, квад­ру­поль­ный, ок­ту­поль­ный и т. д.), вы­зван­ный сме­ще­ни­ем плот­но­сти элек­тро­нов от­но­си­тель­но атом­но­го яд­ра. На­ве­дён­ный муль­ти­поль­ный мо­мент ко­ли­че­ст­вен­но ха­рак­те­ри­зу­ет­ся со­от­вет­ст­вую­щей $2^ϰ$-поль­ной по­ля­ри­зуе­мо­стью $α_ϰ$: ди­поль­ной $α_1$ ($ϰ=1$), квад­ру­поль­ной $α_2$ ($ϰ=2$) и т. д. Ве­ли­чи­на муль­ти­поль­ной П. вы­ра­жа­ет­ся в еди­ни­цах , где $a_0$=0,5292·10^–10 м – бо­ров­ский ра­ди­ус. П., воз­ни­каю­щую в пе­ре­мен­ном элек­трич. по­ле час­то­ты $ω$, на­зы­ва­ют муль­ти­поль­ной ди­на­ми­че­ской П. $α_ϰ(ω)$; П., воз­ни­каю­щую в по­сто­ян­ном элек­трич. по­ле, – ста­ти­че­ской П. $α_ϰ$(0).

В сла­бом од­но­род­ном элек­трич. по­ле ди­поль­ная П. $α_1$ оп­ре­де­ля­ет­ся как ко­эф. про­пор­цио­наль­но­сти ме­ж­ду на­ве­дён­ным ди­поль­ным мо­мен­том $\boldsymbol d$, на­прав­лен­ным вдоль век­то­ра $\boldsymbol E$ на­пря­жён­но­сти по­ля: $\boldsymbol d=α_1 \boldsymbol E$. Значение энергии энегретич. уровная атома вcлeд­cт­виe П. yвe­ли­чи­вa­eт­cя на величину $(1/2)α_1\boldsymbol E^2$. П. bо­лee вы­cо­киx по­ряд­ков $α_ϰ$ ($ϰ\gt1$) изменение дипольного момента в неоднородном элeк­трич. по­лe. C роc­том нa­пря­жённо­cти по­ля по­прaв­ки к ди­поль­номy момeн­тy aто­мa, ионa или мо­лe­кy­лы зa cчёт бо­лee вы­cо­киx cтe­пeнeй $E$ опи­cы­вa­ют­cя т. н. ги­пeр­по­ля­ри­зyeмо­cтью $γ$. Для aтомa во­до­ро­дa в оcновном $1s$-cо­cтоянии cтa­тич. П. рaв­ны: $$α_1(0)=\frac{9}{2} α_0^3,\\ α_2(0)=15 α_0^5,\\ α_3(0)=\frac{525}{4} α_0^7,\\  \gamma(0)=\frac{10665α_0^7}{8e^2},$$ гдe $e$ – за­ряд элек­тро­на.

Экс­пе­ри­мен­таль­но наи­бо­лее пол­но ис­сле­до­ва­ны ста­тич. ди­поль­ные П. ней­траль­ных и сла­бо­ио­ни­зо­ван­ных ато­мов, при­чём ве­ли­чи­ны П. ней­траль­ных ато­мов боль­ше, чем П. их од­но­за­ряд­ных по­ло­жи­тель­ных ио­нов, и мень­ше, чем П. их от­ри­ца­тель­ных ио­нов.

В кван­то­во­ме­ха­нич. тео­рии $α_ϰ(ω)$ яв­ля­ет­ся ком­плекс­ной ве­ли­чи­ной и оп­реде­ля­ет­ся во 2-м по­ряд­ке тео­рии воз­му­ще­ний по взаи­мо­дей­ст­вию атом­но­го элек­тро­на с по­лем из­лу­че­ния. Рас­чё­ты муль­ти­поль­ной П., как пра­ви­ло, про­во­дят­ся без учё­та ес­те­ст­вен­ной и столк­но­ви­тель­ной ши­ри­ны уров­ней, до­п­ле­ров­ско­го уши­ре­ния и др. эф­фек­тов, что при­во­дит к раз­ры­вам ве­ли­чи­ны П. на час­то­тах внеш­не­го по­ля, рав­ных энер­ги­ям пе­ре­хо­дов в ато­ме, и об­ра­ще­нию П. на этих час­то­тах в $±∞$. Учёт ко­неч­но­сти ши­ри­ны уров­ней пред­став­ля­ет весь­ма тру­до­ём­кую за­да­чу, од­на­ко да­ёт ко­неч­ные зна­че­ния П. на всех час­то­тах.

При рас­смот­ре­нии П. мо­ле­кул за­ви­си­мость на­ве­дён­но­го мо­мен­та от ве­ли­чи­ны внеш­не­го элек­трич. по­ля в де­кар­то­вой сис­те­ме ко­ор­ди­нат вы­ра­жа­ет­ся в тен­зор­ном ви­де. Не­ко­то­рые мо­ле­ку­лы име­ют по­сто­ян­ный ди­поль­ный мо­мент да­же в от­сут­ст­вие внеш­не­го по­ля; для та­ких мо­ле­кул пол­ный ди­поль­ный мо­мент ра­вен век­тор­ной сум­ме на­ве­дён­но­го и по­сто­ян­но­го мо­мен­тов. Ди­поль­ная П. мо­ле­кул скла­ды­ва­ет­ся из трёх ком­по­нент: элек­трон­ной, атом­ной и ори­ен­та­ци­он­ной П., а из­ме­ряе­мая ве­ли­чи­на П. оп­ре­де­ля­ет­ся как сред­не­ариф­ме­тич. зна­че­ние П. по трём гл. осям мо­ле­ку­лы, вдоль ко­то­рых сов­па­да­ют на­прав­ле­ния век­то­ров на­пря­жён­но­сти элек­трич. по­ля и ин­ду­ци­ро­ван­но­го ди­поль­но­го мо­мен­та.

Ве­ли­чи­ны муль­ти­поль­ных П. яв­ля­ют­ся фун­дам. фи­зич. кон­стан­та­ми, иг­раю­щи­ми важ­ную роль в атом­ной и мо­ле­куляр­ной фи­зи­ке, не­ли­ней­ной оп­ти­ке, ас­т­ро­фи­зи­ке, фи­зи­ке плаз­мы. Они не­об­хо­ди­мы для опи­са­ния ком­би­на­ци­он­но­го рас­сея­ния све­та, меж­мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия, длин рас­сея­ния элек­тро­нов на ато­мах и ио­нах, строе­ния мо­ле­кул, мо­ле­ку­ляр­ной реф­рак­ции, оп­тич. ак­тив­но­сти и дис­пер­сии сред и т. д.