energiatasoihin

Energiatasoihin viittaa käsite, jossa kvanttimekaanisesti määritetyt järjestelmät voivat omata vain tiettyjä diskreettejä energiain arvoja. Energiatasot eroavat klassisen mekaniikan continuoimisesta energiasta, ja niiden välinen etäisyys määräytyy systeemin rakenteen ja vuorovaikutusten mukaan. Energiatasot ovat keskeisiä muun muassa atomeissa, molekyyleissä sekä nanorakenteissa kuten quantum dotit.

Atomitasolla energiat riippuvat pääosin kvanttiluvusta ja elektronien vuorovaikutuksesta. Esimerkiksi heliumin kaltaisessa ytimen ympärillä liikutteleva elektroni voi saada alleen eroja, jotka ratkaistaan ratkaisemalla Schrödingerin yhtälö. Yleisesti yksinkertaisen hydrogenin kaltaisessa atomissa energiatasot ovat E_n = -13,6 eV / n^2, missä n on pääkvanttiluku. Monisähköt atomit poikkeavat näistä yksinkertaisista kaavoista, koska elektronit tunkeutuvat toistensa vaikutusalaan.

Erilaiset energiatasot muodostavat myös molekyylien sisäisiä värähtely- ja rotaatiotasoja sekä kiertoa, mutta elektroniset energiatasot voivat erittää sähkömagneettista säteilyä. Siirrot tasolta toiselle aiheuttavat absorptio- tai emis­siotäsmäyksiä, jotka ovat perusta spektroskopialle. Energiavaihdot näkyvät esimerkiksi kirjain- ja punahehku—spektrilinjoina, joiden energian erot vastaavat tasojen välisiä siirtymiä.

Käytännössä energiatason populaatiot määräytyvät lämpötilasta ja tilan koro‑ kaisuudesta Boltzmannin jakauman mukaan. Lasereita, puolijohdesiruja ja useita kuvantamismenetelmiä ohjataan hyödyntämään energiatason rakenteita. Energiatasot ovat ratkaisevassa asemassa sekä perustutkimuksessa että sovelluksissa, kuten materiaalitieteen, kemian ja astrofysiikan tutkimuksissa.