Techniklexikon

Dipolkraft

Atom- und Molekülphysik, Kraft, die ein elektromagnetisches Feld auf ein neutrales, polarisierbares Teilchen, z.B. ein Atom, ausübt. Betrachtet man ein Atom mit der Polarisierbarkeit a in einem homogenen elektrischen Feld E, so wirkt auf das im Atom induzierte Dipolmoment p = a × E die Kraft F =  - (p × Ñ)E.

Im oszillierenden elektromagnetischen Feld, z.B. eines eingestrahlten Lasers, wird dies zu:

,                         (1)

wobei a von der Frequenz der elektromagnetischen Welle abhängt. Diese Abhängigkeit ergibt sich aus der Theorie der Dispersion. In der Umgebung eines Resonanzübergangs bei der Frequenz w₀ ist die Abhängigkeit besonders stark. Sie ist für ein ruhendes Atom gegeben durch:

 ,      (2)

wobei g die bei der eingestrahlten Lichtintensität gültige Linienbreite des Übergangs und m die Masse des Atoms ist. Der Verlauf dieser Kurve ist in der Abb. dargestellt. Daraus erkennt man, dass die Polarisierbarkeit für w < w₀ , d.h. für rot-verstimmtes Licht, negativ ist. Zusammen mit Gl. (1) ergibt sich, dass die Kraft in diesem Fall in Richtung des Gradienten der eingestrahlten Intensität zeigt, d.h. Atome werden zum Maximum der Lichtintensität hingezogen. Für w > w₀ ist die Kraft zu Bereichen kleinerer Intensität hin gerichtet, d.h. das Atom wird von dem Lichtstrahl abgestossen. Diese Kraft kann man ausnutzen, um z.B. Atome mit Hilfe von Laserlicht zu speichern. (optische Atomfallen, Dipolfalle)

Dipolkraft: Polarisierbarkeit eines Atoms in Abhängigkeit der Lichtfrequenz in der Nähe einer resonanten, atomaren Übergangs.