J. Physique Lett. 43, 383-387 (1982)
DOI: 10.1051/jphyslet:019820043011038300

The Zeeman effect in molecular doublet-doublet transitions in the « high field-low field » limit

F. Lattanzi

Dipartimento di Chimica, Università della Calabria, 87030 Arcavacata di Rende (Cosenza), Italy

Abstract
Zeeman line profiles for spin-allowed and forbidden electronic doublet-doublet transitions of molecular asymmetric tops have been computed for the case in which one of the combining states has a much larger zero-field splitting than the other. In such cases there must exist a range of external fields which are weak with respect to the high zero-field splitting state and strong with respect to the low zero-field splitting state. The respective Zeeman effects are therefore close to the weak-field limit of a strongly coupled state and the strong-field, uncoupled limit (Paschen-Back effect) of the weakly coupled state. Zeeman component frequencies and intensities have been calculated for this « high field-low field » limit, and Zeeman pattern profiles of lines are seen to depend mostly on branch selection rules. Lines with ΔN = ΔJ show a central maximum, whereas lines with ΔN = ΔJ ± 1 exhibit a saddle shape, regardless of light polarization. The former type of lines occurs in spin-allowed transitions, the latter in the ΔN = ± 2 branches of spin-forbidden transitions. The two types of shape are mixed together in the remaining branches of spin-forbidden transitions.

Résumé
On a calculé les profils Zeeman des raies dues aux transitions moléculaires électroniques doublet-doublet, soit permises soit interdites en absence de couplage spin-orbite, pour les toupies asymétriques, dans le cas où à champ nul la séparation entre les doublets de spin est beaucoup plus forte dans l'un des deux niveaux responsables de la transition que dans l'autre. Il y a alors un intervalle des valeurs du champ magnétique appliqué où on peut considérer le spin électronique et la rotation moléculaire couplés dans le premier niveau, et découplés par le champ dans le deuxième. On peut prédire a priori les fréquences et les intensités des composantes Zeeman dans la situation considérée, que nous appelons « limite du champ fort-faible ». On a montré que les profils Zeeman des raies dépendent surtout des règles de sélection relatives à la branche du spectre qu'on considère. En fait, les raies avec ΔN = ΔJ ont un maximum central tandis que les raies avec Δ N = ΔJ ± 1 ont une forme de selle, quelle que soit la polarization de la lumière. On rencontre le premier type de branches pour les transitions qui sont permises en absence de couplage spin-orbite, et le deuxième type pour les transitions avec ΔN = ± 2 qui sont interdites en l'absence de couplage spin-orbite. Les deux types de profils sont mélangés dans toutes les autres branches correspondant à des transitions interdites en l'absence de couplage spin-orbite.

PACS
3345B - Zeeman and Stark effects in molecules.
3345 - Magneto optical and electro optical effects in molecules: birefringence, dichroism and optical activity.

Key words
Zeeman effect -- molecular doublet doublet transitions -- molecular asymmetric tops -- zero field splitting -- strongly coupled state -- Paschen Back effect -- Zeeman pattern profiles -- branch selection rules -- light polarization -- spin forbidden transitions