В обычных атомах электроны локализованы около ядер на расстоянии ~ 0.1 нм. В так называемых ридберговских атомах, по крайней мере, один из электронов находится в сильно возбужденном состоянии с очень большим главным квантовым числом n. Эффективный радиус “орбиты” такого электрона может достигать нескольких десятков нанометров и более

В обычных двухатомных молекулах расстояние R между атомами по порядку величины равно длине локализации валентных электронов, то есть все тем же 0.1 нм. При такой величине R энергия взаимодействия атомов U имеет минимум глубиной ~ 1 эВ. Теория предсказывает, что если один из атомов находится в основном состоянии, а другой является ридберговским, то при больших R функция U® осциллирует и имеет много минимумов, каждый из которых отвечает одному из равновесных межатомных расстояний.

Экспериментальное подтверждение существования таких ридберговских молекул получено в работе [1] немецких (Universität Stuttgart) и американских (University of Oklahoma) ученых. Они изготовили молекулы Rb(5s)–Rb(ns) с n = 34 ¸ 40. Энергия связи атомов в этих молекулах составляет ~ 10^-8 эВ (поэтому для их “синтеза” требуются сверхнизкие температуры ~ 1 мкК), а расстояние между атомами – около 100 нм. Данные спектроскопии ридберговских молекул хорошо согласуются с расчетами, выполненными в рамках достаточно простой модели псевдопотенциала, которую Э. Ферми предложил еще в 1934 году (современные квантово-химические численные методы, основанные на разложении волновой функции по гауссовым орбиталям, не в состоянии описать чрезвычайно слабую связь между атомами в ридберговской молекуле). Хотя измеренное в [1] время жизни ридберговских молекул составило всего лишь 18 микросекунд, не стоит пока отмахиваться от этого творения рук человеческих как от какой-то экзотики. Кто знает, к чему приведут дальнейшие попытки конструирования искусственных атомных и молекулярных систем? А вдруг удастся изготовить макроскопическое “ридберговское твердое тело”?

• 1. V.Bendkowsky et al., Nature 458, 1005 (2009)