Übergangsabsorption

Übergangsabsorption bezeichnet die Absorption elektromagnetischer Strahlung durch ein System infolge von Übergängen zwischen quantisierten Energiezuständen. Dabei muss die absorbierte Photonenergie ΔE dem Energieunterschied zwischen dem initialen und dem finalen Zustand entsprechen (ΔE = hν).

In Atomen, Ionen und Molekülen erfolgt dies meist durch Elektronenübergänge. In Molekülen treten oft auch vibrational- und rotational Übergänge auf, die im Infrarotbereich liegen. In Festkörpern entstehen Übergänge zwischen Valenz- und Leitungsband sowie Exzitonen. Theoretisch lässt sich Übergangsabsorption durch die Fermi-Golden-Regel beschreiben, wobei die Übergangswahrscheinlichkeit proportional zum Quadrat der Matrixelemente der Störung und einer Energieerhaltungsklausel ist.

Der Übergang ist von den Übergangsregeln abhängig. Elektrische Dipolübergänge sind typisch; sie erfordern eine Änderung von Parität bzw. Spin sowie Δl = ±1 bei Atomen. Nicht erlaubte Übergänge zeigen deutlich schwächere Intensitäten, was sich als schwache oder verformte Spektrallinien äußern kann.

Experimentell wird die Übergangsabsorption durch Messung der Absorption oder des Absorptionskoeffizienten beschrieben. Die Beer-Lambert-Gesetz A = εcl verbindet Absorption mit Konzentration, Pfadlänge und molarer Absorptionsfähigkeit. Die Spektren liefern Informationen über Energieabstände, Übergangsstrukturen und die Zustandsdichte.

Anwendungen der Übergangsabsorption umfassen die Bestimmung von Bandlücken in Halbleitern, die Identifizierung von Molekülstrukturen, Farbstoff- und Materialcharakterisierung sowie die analytische Spektroskopie in Chemie und Materialwissenschaften.