Subtelna struktura elektronowa
Subtelna struktura elektronowa – rozszczepienie poziomów energetycznych atomu lub jonu wywołane oddziaływaniem magnetycznych momentów spinowych i orbitalnych elektronów (sprzężenie spinowo orbitalne LS oraz sprzężenie jj) oraz oddziaływaniem elektronów z potencjałem elektrostatycznym otoczenia w sieci krystalicznej[1][2].
Oddziaływanie elektrostatycznego potencjału multipolowego na stany wieloelektronowe atomu/jonu opisywane jest najczęściej w konwencji teorii pola krystalicznego. Nazwa subtelna struktura elektronowa oznacza istnienie struktury blisko leżących wieloelektronowych stanów energetycznych, pochodzących od znoszenia degeneracji (rozszczepienia) stanów konfiguracji elektronowej jonu/atomu w strukturę termów atomowych, a następnie multipletów, których dalsze znoszenie degeneracji wywoływane jest przez oddziaływania z polem elektrycznym – efekt Starka. W zależności od metodologii rachunkowej obliczenia subtelnej struktury elektronowej wykonuje się w oparciu o falowe funkcje wieloelektonowe rozpisane za pomocą składowych momentu podpowłoki elektronowej. Macierz hamiltonianu opisującego oddziaływania na subtelną strukturę elektronową może być rozpisana w bazie funkcji |J,Jz>, gdzie J jest liczbą kwantową określającą całkowity moment powłoki elektronowej[3], lub za pomocą składowych orbitalnych i spinowych[4], czyli w bazie |L,S.Lz,Sz>. Subtelna struktura elektronowa ma fundamentalne znaczenie dla właściwości jednojonowych materiałów ze zlokalizowanymi momentami magnetycznymi[5].
W fizyce ciała stałego w niezerowej temperaturze obsadzanie stanów subtelnej struktury elektronowej determinuje szereg właściwości magnetycznych (podatność magnetyczna w funkcji temperatury) i termodynamicznych (ciepło właściwe typu Schottky'ego). Subtelna struktura elektronowa została opracowana dla olbrzymiej grupy związków stałych zawierających lantanowce[6], metale przejściowe z grupy 3d oraz 4d oraz uranowce[5]. W fizyce ciała stałego subtelna struktura elektronowa kształtowana jest przez pole krystaliczne, którego wpływ opisywany jest za pomocą operatorów multipolowych zdefiniowanych w konwencji B.G. Wybourne'a[7] lub Stevensa[3]. Obydwie konwencje są zbieżne, zapewniając parametryzację otoczenia ładunkowego jonu/atomu za pomocą współczynników pola krystalicznego oznaczanych zwyczajowo Bmn, Bkq oraz Amn. Ustalona subtelna struktura elektronowa w materiale zawierającym jony paramagnetyczne determinuje magnetyczną anizotropię jednojonową materiału i niesie podstawową wiedzę o zachowaniu atomów lub jonów w materiale stałym w niskich i średnich temperaturach.
Właściwości materiałów stałych determinowane przez subtelną strukturę elektronową dowolnych jonów/atomów paramagnetycznych pozwala obliczać aplikacja atomic matters.
Przypisy edytuj
- ↑ P. Day, Electronic Structure and Magnetism of Inorganic Compounds, 1977.
- ↑ O. Kovras, New Developments in Field Theory, 2006.
- ↑ a b K.W.H. Stevens, Matrix Elements and Operator Equivalents Connected with the Magnetic Properties of Rare Earth Ions., „Proceedings of the Physical Society”, 65 (3), 1952, Section A (ang.).
- ↑ A. Abragam, B. Bleaney: Electron Paramagnetic Resonance of Transition Ions. Oxford: Clarendon Press, 1970. (ang.).
- ↑ a b Radwanski, R.J.; Michalski, R.; Ropka, Z.. From Atomic Physics to Solid-State Physics: Magnetism and Electronic Structure of PrNi5, ErNi5, LaCoO3 and UPd2Al3. „Acta Physica Polonica B”. 31 (12), s. 3079, 2009. (ang.).
- ↑ J. Mulak, Z. Żołnierek, Fizyka i chemia ciała stałego, Staliński (red.), Ossolineum, 1977.
- ↑ B.G. Wybourne: Symmetry Principles and Atomic Spectroscopy. New York: J. Wiley and Sons, 1970. (ang.).