¿Podemos tener un sistema de tres niveles con paridad mixta y momentos dipolares de transición en diferentes direcciones?

Sí, esto es perfectamente posible: simplemente elija una molécula que sea lo suficientemente asimétrica y obtendrá estados propios de paridad mixta (porque si el hamiltoniano electrónico de Born-Oppenheimer no es simétrico en paridad, no hay requisitos de paridad en los estados propios), lo que probablemente significa que todos los elementos de la matriz de transición del dipolo son distintos de cero.

Si desea un ejemplo específico de un triplete de niveles con dipolos de transición distintos de cero entre todos los pares, pruebe, por ejemplo, el agua, cuyos orbitales moleculares se ven así:

^{Fuente de imagen}

de modo que para su triplete puede tomar la$2a_1$,$3a_1$y$4a_1$orbitales, que tendrán dipolos de transición distintos de cero en las tres transiciones. Sin embargo, por otro lado, los tres dipolos de transición apuntarán a lo largo del mismo eje.

Si desea romper esa simetría y obtener dipolos de transición en tres direcciones diferentes, solo necesita tomar una molécula aún más asimétrica. En términos de ejemplos simples, iría por cosas como$\mathrm{C\,H\,F\,Cl\,Br}$o$\mathrm{C\,H\,F\,Cl\,OH}$, aunque tan pronto como se desvía de las moléculas muy simples, las colecciones estándar ya no albergan los orbitales moleculares y necesita romper el GAUSSIAN (o equivalente ) para precisar los orbitales y los elementos de la matriz de transición dipolar.

Como posible candidato, sugeriría$\mathrm{C\,H_2\,F\,OH}$, que está en la lista estándar en molcalc.org , y que no tiene simetría establecida,

por lo tanto, cualquier par de orbitales moleculares producirá un dipolo de transición distinto de cero que apunta en alguna dirección dictada por la no simetría.

Ahora, en cuanto a si esto le dará un conjunto útil de estados, eso es un asunto aparte. Si desea restringir su atención a tres estados en particular e ignorar los demás, generalmente necesita una buena razón para ello. En física atómica, esto normalmente se justifica porque puede sintonizar sus láseres con mucha precisión a esas energías de transición, por lo que sabe que no tiene una población que se 'fuga' al resto del espacio de estado disponible. (Esto es a lo que se hace referencia en los comentarios como 'adecuado para usar como qutrit').

Para una molécula, esto todavía es posible, pero se vuelve más difícil, porque las líneas se hacen más anchas por el acoplamiento a los grados de libertad nucleares, que a menudo se sienten obligados sin simetría a seguir reglas de selección, y que tienen variedades muy estrechamente espaciadas de no. -Estados propios nucleares equiespaciados.

Sin embargo, esto viene con el territorio cuando estás haciendo moléculas, por lo que todo es cuestión de encontrar un trío de niveles que sean lo suficientemente direccionables, y menos un acuerdo de principio de encontrar moléculas que sean lo suficientemente asimétricas para que los dipolos de transición electrónica funcionen. liberarse de sus restricciones de simetría.