Electronic structure of heavy few-electron diatomic quasimolecules

Проект: исполнение гранта/договораисполнение гранта/договора в целом

Сведения о проекте

описание

В последнее время, все больший интерес вызывает эффекты квантовой электродинамики в присутствии сильного поля. Один из способов достижения необходимого поля -- тяжелые квазимолекулы. В таких системах электронная корреляция играет большую роль, поэтому необходим точный расчет электронной структуры квазимолекул с несколькими электронами.
Ранее нашей группой был развит метод применения конечного базисного набора в расчетах одноэлектронных энергии тяжелых квазимолекул. На его основе впервые была расчитана межэлектронная энергия в первом порядке теории возмущений с учетом двухцентрового потенциала. Для более точного учета межэлектронного взаимодействия предполагается применение схемы взаимодействия конфигураций, что позволит получить наиболее прецизионные двухэлектронные энергии в таких системах.
С др. Плюненом у нашей группы имеется многолетний опыт совместной работы в данной области. В предыдущем проекте G-RISC нами была рассмотрена система, состоящая из нейтрально заряженого и голого ядра ксенона. В данной системе влияние электронов нейтрально-заряженного ксенона учитывалось в виде эффективного экранирующего потенциала.

описание для неспециалистов

Двухатомные квазимолекулы с несколькими электронами представляют собой простейшие молекулярные системы. В настоящее время эксперименты проводятся для столкновений высоко заряженных ионов с нейтральными атомами, например, Bi(82+)-Au [P. Verma et al. J. Phys. Conf. Ser. 388, 082008 (2012)]. Одни из наиболее интересных случаев являются тяжелые квазимолекулы, в которых Z > 173 (Z = Z1 + Z2 - полный заряд системы). Напряженность электромагнитного поля в таких системах может быть достаточно высокой, чтобы приблизиться к критической напряженности поля в механизме Швингера E_с ≃ 1,3 · 10^16 [В / см], т. е. возможно спонтанное рождение электрон-позитронных пар [Ya. B. Zeldovich and V. S. Popov, Sov. Phys. Usp. 14, 673 (1972)]. Другими словами, низшее электронное состояние близко к "погружению" в отрицательный энергетический континуум на достаточно малых межъядерных расстояниях [W. Greiner, B. Müller and J. Rafelski, Quantum Electrodynamics of Strong Fields (Springer-Verlang, Berlin, 1985)]. В этом случае параметр αZ уже не является малым (α - постоянная тонкой структуры), поэтому вычисления должны быть проведены во всех порядках по αZ; это соответствует так называемой картине Фарри КЭД связанных состояний. Теоретические исследования одноэлектронных тяжелых квазимолекул в рамках релятивистского подхода были проведены в большой серии исследований. Например, самые последние расчеты были сделаны в [I. I. Tupitsyn and D. V. Mironova, Opt. Spectrosc. 117, 351 (2014), D. V. Mironova et al., Chem. Phys. 449, 10 (2015)] - метод Дирака-Фока и [A. N. Artemyev and A. Surzhykov, Phys. Rev. Lett. 114, 243004 (2015)] - диагонализация гамильтониана в конечном базисе.
В таких тяжелых системах влияние межэлектронной корреляции играет большую роль. Ранее нами нами были проведены расчеты вклада межэлектронного взаимодействия в первом порядке теории возмущений, так называемый вклад однофотонного обмена. В текущем проекте планируется применить схему взаимодействия конфигураций для более точного и полного учета данного вклада.

основные результаты по проекту в целом

Принимающий: Priv.-Doz. Dr. Plunien
Реализован метод наложения конфигураций в рамках ранее разработанной программы для расчетов электронных энергий в двухядерных квазимолекул с учетом двухцентрового характера потенциала. В рамках данного метода были произведены расчеты двухэлектронных энергий квазимолекул урана (Z=92) и ксенона (Z=54) с различным межъядерным расстоянием от 40 до 1000 фм. Для полченных данных было проведено сравнение с соответствующими вкладами однофотонного обмена. Замечено, что имеется важный вклад в межэлектронное взаимодействия, учетенного в рамках метода взаимодействия конфигураций, который позволяет учитывать это самое взаимодействие за рамками первого порядка теории возмущений. Это имеет играет большую роль при рассмотрении энергий переходов в подобных системах.

обоснование междисциплинарного подхода

Данная работа носит теоретический характер, важный не только для исследования квантовой электродинамики в квазимолекулярных системах, но и теоретической и экспериментальной атомной физике, физики столкновительных процессов и химии в части теоретического описания межэлектронной корреляции. Применяются и разрабатываются методы как из области квантовой электродинамики, так и теории многоэлектронных систем.
АкронимGRISC 2021_1
СтатусЗавершено
Действительная дата начала/окончания1/01/2130/06/21

Ключевые слова

  • Квазимолекулы
  • Двухцентровое уравнение Дирака
  • Квантовая электродинамика