Молекуларни сноп
Атомски сноп и молекуларни сноп су важне методе за проучавање структуре атома и молекула и интеракције атома и молекула са другим супстанцама. Растојања између атома или молекула у чврстим материјама, течностима и густим гасовима су мала и постоје сложене интеракције. Тешко је проучавати особине изолованих молекула. Растојање између молекула у ретким гасовима је велико, а интеракција постаје слабија како притисак опада. Међутим, насумично кретање молекула отежава откривање и проучавање самих молекула. У атомским или молекуларним сноповима, атоми или молекули се крећу у добро усклађеном правцу, а интеракција између њих се може занемарити. Стога се сноп може сматрати збирком покретних изолованих атома или молекула, који се могу користити за проучавање молекула, природе самог атома и интеракције молекула, атома и других честица. Ова врста истраживања је веома важна за неке области атомске и молекуларне физике, динамике гасних ласера, физике плазме, динамике микрохемијских реакција, физике свемира, астрофизике и биологије. Поред тога, атомски и молекуларни снопови се такође могу користити за проучавање површине и чврсте структуре објеката.
Генератион
Експериментални уређај за атомске и молекуларне зраке може се грубо поделити на три дела: атомски или молекуларни колимирани извор снопа, експериментално подручје и детектор. Једноставан атомски сноп или извор молекулског снопа је затворена гасна комора која се зове изворна комора са колимирајућом рупом, а атоми или молекули се избацују из колимирајуће рупе. На одређеној удаљености окренутој према малој рупи извора снопа, постављена је друга цев са малим отвором за колимирање зрака, која се зове оштрач, и само молекули који пролазе кроз рупу цеви могу ући у експериментално подручје. За чврсту супстанцу са веома ниским притиском паре на собној температури, може се загрејати да испари, а унутрашњи притисак паре се може контролисати подешавањем температуре изворне коморе. Атоми или молекули који се емитују из изворне коморе стварају зраке у суседној експерименталној зони високог вакуума. Просечна брзина снопа атома и молекула је око 10 цм/с. Јони произведени извором јона такође могу бити убрзани и фокусирани електричним пољем, а електрони се додају да би се произвео атомски или молекуларни сноп веће брзине. Брзина атома или молекула може достићи 10 цм/с или више, а они су у побуђеном стању. Међутим, притисак паре у пећи није висок, а проток атомских и молекуларних зрака није висок. Ако желите да добијете молекуларни сноп високог интензитета, можете учинити да гас из зоне високог притиска прође кроз микро млазницу, адијабатски се прошири до вакуумске коморе и формира ултразвучни молекуларни сноп. Кроз овај процес, део унутрашње енергије молекула се претвара у кинетичку енергију за усмерену транслацију, молекули се хладе, а интензитет молекулског снопа се такође повећава.
Детецтион
Метода површинске јонизације може се користити за детекцију атома и молекуларних зрака. Када се сноп користи за бомбардовање металне површине, атоми са ниским потенцијалом јонизације у снопу губе електроне и постају позитивни јони услед судара. . Број атома или молекула може се открити мерењем јонске струје. Број честица у снопу се такође може детектовати помоћу секундарног електронског снопа који се генерише када честице зрака веће енергије бомбардују чврсту површину. Када је струја снопа веома слаба, бројање импулса са електронским мултипликатором може знатно побољшати осетљивост детекције. Експериментално подручје и детекторски део су углавном у високом вакууму.
Апликација
Јер када ласерски сноп ласера за модулацију фреквенције пређе атомски и молекуларни сноп, атоми или молекули у снопу могу бити селективно побуђени до одређеног побуђеног стања, укључујући молекуле. Могуће је проучавати различите врсте попречних пресека судара, потенцијале интеракције. и хемијске реакције када су атоми или молекули у одређеном побуђеном стању. Ово је нова и велика истраживачка област.
Кроз каскадно побуђивање ласера различитих фреквенција, атоми у снопу се такође могу побуђивати у високо побуђена стања и самојонизована стања, како би се проучавала својства ових стања. Вероватноћа јонизације поља и самојонизације оваквог стања атома је веома висока (близу 1), а јони произведени јонизацијом се могу пребројати. Стога се може детектовати све док се атоми могу претворити у јоне. Након предузимања одређених мера за побољшање осетљивости и елиминисање позадинске буке у детекцији, може се реализовати детекција једног атома.
Када молекул има магнетни или електрични диполни момент, оријентација диполног момента се може изабрати интеракцијом спољашњег магнетног поља и електричног поља и диполног момента, тако да су атоми и молекули са различитим диполним моментима одвојени у простору. Усвајањем ове мере могу се извести прецизни експерименти спектроскопије атомског и молекуларног снопа, могу се прецизно мерити магнетни моменти језгра и могу се развити стандарди за мерење фреквенције или времена атома и молекула.
Када се користи низак интензитет струје атома, молекулских снопова и снопова, проширење судара атомских и молекуларних спектралних линија се може занемарити (погледати ширење спектралне линије); селективна засићена апсорпција и упаривање се такође могу користити. Двофотонски прелазни метод поља стојећег таласа даље елиминише Доплерово ширење атомских и молекуларних спектралних линија, што омогућава проучавање спектра и енергетских нивоа слободних атома и молекула са изузетно високу прецизност. Уз неке одговарајуће аранжмане, такође може да мери Ламбове помаке, да провери квантну електродинамику и одреди неке основне физичке константе.