مبادلۀ انرژی ارتعاشی در برخوردهای مولکولی با سطوح جامد

اگر چه مبادلة انرژی ارتعاشی بین مولکول‌های فاز گاز و سطوح جامد نقش مهمی در زمینه‌های عملی، مانند انتقال حرارت، محصورسازی پلاسما، و خوردگی دارد، ولی در همین سال‌های اخیر بوده است که برداشت ما از دینامیک میکروسکوپیک این فرایند، دستخوش پیشرفت سریع شده است. تکنیک‌های جدید باریکه‌های مولکولی و لیزر، اندازه‌گیری‌های مشروحی را امکان‌پذیر ساخته است که آزمایشگر را به احترام و نظریه‌دان را به اندیشه و جستجو وامی‌دارد. فرایند برانگیزش ارتعاشی، به صورت تابعی از انرژی انتقالی، زاویة پراکندگی و دمای سطحی در برخورد NO با (111) AG بررسی شده است؛ (111) سمت صفحه‌ای سطح AG را نمایش می‌دهد. NO، با انرژی انتقالی زیاد از راه انبساط فراصوتی تهیه می‌شود و برانگیختگی ارتعاشی به وسیلة فلوئورسانس القا و با لیزر دیده‌بانی می‌شود. دیده می‌شود که با افزایش انرژی جنبشی مولکول‌هایی فرودی، کسری از مولکول‌های NO که از طریق برخورد با سطح برانگیخته می‌شود، مختصری افزایش می‌یابد ولی افزایش این کسر با دمای سطح شدید است و در KJ/MOL 120 و K 760 به 7% می‌رسد. توزیع زاویه‌ای مولکول‌های برانگیختة ارتعاشی "شبه آینه‌ای" است (یعنی زاویة فرود آن ها تقریباً با زاویة پراکندگی برابر است). گرچه پژوهشگران دیگر مشاهده کرده‌اند که برانگیختگی ارتعاشی در پی به دام افتادن مولکول‌ها در سطح نیز روی می‌دهد، ولی این نخستین گزارش از دام افتادن مولکول‌ها در سطح نیز روی می‌دهد، ولی این نخستین گزارش از بر انگیزش مستقیم در جریان یک برخورد تنها است.
غیرفعال سازی ارتعاشی، در برخورد نخستین حالت برانگیختة ارتعاشی NO [که با علامت (V=1) NO نشان داده می‌شود] با سطوح (111)AG، (110)AG، و (100)LIF بررسی شده است. با استفاده از یک لیزر فروسرخ تپی قسمتی از باریکة مولکولی فرودی به تراز چرخشی منفرد V=1 برانگیخته می‌شود. و اهلش متعاقب آن، از طریق فرایند یونش چند فوتونی، که در اثر تشدید تقویت شده است. با استفاده از یک لیزر فرابنفش دیده‌بانی می‌شود. در سطوح مطالعه شده، مشاهده شد که اتم‌های برانگیخته (V=1)NO تقریباً در امتداد آینه‌ای پراکنده شدند، و توزیع چرخشی پهنی داشتند و انرژی شان نسبت به انرژی انتقالی آغازی 30 درصد کاهش یافته بود. احتمال بقای حالت‌های برانگیختة ارتعاشی، در حدود 9ر0 برای هر سه سطح به دست آمد. برای (V=2)CO، (001)CO2، و (101)CO2 نیز، در برخورد به سطح نقرة چند بلوری، به ترتیب احتمال‌های بقای 7ر0، 8ر0، 3ر0 به دست آمد. در این مورد از تکنیک فلوئورسانس القا شده با لیزر استفاده شد.
جزئیات نتایج این آزمایش‌ها حاکی از آن است که یک سازوکار الکترونی، احتمالاً سازوکاری ملازم با وجود زوج الکترون ـ حفره، یا تشکیل یون‌های مولکولی، مسبب برانگیزش و غیرفعال سازی ارتعاشی است. به نظر می‌رسد که محاسبات و اهلش ارتعاشی در سطوح فلزی مستلزم چنین سازوکاری است ولی در مورد سطوح عایق توافق محاسبه و آزمایش بدون وارد کردن فرآیندهای الکترونی، رضایت‌ بخش است.