Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Основное состояние квантового кристалла

    Основное состояние квантового кристалла [c.152]

    Однако есть такие физические свойства квантовых кристаллов, в которых большие нулевые колебания атомов играют доминируют щую роль. К таким свойствам, в первую очередь, можно отнести возможность туннельного движения атомов в кристаллической решетке, которая всецело определяется чисто квантовым эффектом туннелирования частицы сквозь потенциальный барьер. Наличие туннельного движения может вызвать перестройку основного состояния квантового кристалла. [c.152]


    При описании основного состояния обычного кристалла считают, что в каждом узле решетки постоянно находится по одному атому. Но когда амплитуда нулевых колебаний сравнивается по порядку величины с межатомным расстоянием в кристалле, атом перестает быть локализованным в определенном узле. И тогда может реализоваться сугубо квантовая ситуация, характеризующаяся тем, что в основном состоянии (при Г = О К) число узлов кристаллической решетки N0 не совпадает с числом атомов N. [c.152]

    Одна из основных задач квантовой химии твердых тел расчет электронных состояний кристалла. Для этого расчета применяется зонная теория. Зонная теория твердых тел опирается на те же приближения, какие используются при расчете электронных состояний молекул, а именно I) адиабатическое приближение и 2) самосогласованное поле электронов. Кроме того, принимается приближение 3, согласно которому расположение ядер в пространстве считается точно периодическим они находятся в узлах идеальной решетки данного кристалла и предполагаются неподвижными. Однако колебания ядер оказываются существенными при рассмотрении многих явлений в кристаллах, поэтому необходим. [c.150]

    Однако для кристаллов гелия и водорода параметр де Бура сравним с единицей, и потому описание физических свойств этих кристаллов (в частности, их основного состояния) не может быть основано на классическом подходе. Кристаллы, в которых амплитуда нулевых колебаний сравнивается по порядку величины с периодом решетки, принято называть квантовыми кристаллами. [c.151]

    Но наличие квантовой дилатации в основном состоянии не является единственным или обязательным свойством квантового кристалла. Более существенны проявления квантовых свойств в динамике кристалла. [c.153]

    При равновесных расстояниях между атомами в решетке алмаза нижняя зона (рис. 60) будет содержать все четыре (гибридизированных) электрона на атом, что соответствует основному состоянию кристалла. Для возбуждения электрона требуется энергия, достаточная для его перевода в квантовое состояние верхней зоны, причем в промежуточной области отсутствуют разрешенные квантовые состояния. Область между энергетиче- [c.378]

    Первый тип электронных дефектов в неметаллических кристаллах возникает, если энергия электрона по каким-либо причинам лежит внутри зоны проводимости, которая в идеальном кристалле должна быть пустой (такое состояние электрона аналогично возбужденному состоянию электронов в изолированном атоме, когда его энергия соответствует следующему после основного квантовому уровню). Поскольку большинство разрешенных уровней в зоне проводимости остается свободным, возбужденный электрон, изменяя свою энергию в пределах зоны проводимости, может перемещаться по кристаллу, принимая участие в электропроводности. Именно благодаря этому обстоятельству низшая разрешенная зона, не занятая в основном состоянии кристалла, и называется зоной проводимости, а электроны, энергетические уровни которых лежат в зоне проводимости,— электронами проводимости. Мы будем обозначать их символом е знак минус указывает на их отрицательный эффективный заряд. [c.29]


    Будем исходить из такого состояния системы кристалл + + излучение, в котором кристалл находится в своем основном электронном состоянии, описываемом волновой функцией фо, и в колебательном состоянии, определяемом волновой функцией Хр или квантовым числом v = vqr - Излучение задано волновой функцией фп или квантовым числом п = (,> . В приближении Борна — Оппенгеймера (гл. 3, 1) волновая функция системы имеет вид [c.206]

    Остановимся на следующем вопросе. Валентные электроны кремния принадлежат к М-оболочке (в основном состоянии) 1х 25 2р 35 Зр . Но на р-уровнях имеется всего 6 мест казалось бы, раз 4 из них не заняты, кристалл кремния должен был бы проводить ток без энергии активации, т. е. быть металлическим. Такое мнение ошибочно. В самом деле, ведь Зх Зр —квантовая характеристика электронов валентной оболочки 5 —относится к изолированному атому. Образование же валентной зоны — это результат осуществления химических связей электронный механизм процесса состоит в заполнении валентными электронами атомов-партнеров свободных квантовых состояний (валентных уровней) каждого из изолированных атомов (см. табл. 11.2). [c.328]

    НИЯ может стать достаточно большой для того, чтобы осуществилась связь между переходом 5о одной молекулы и переходом Тг Ту ближайшей к ней молекулы. А так как Т — Т-поглощение соответствует полностью разрешенному переходу и часто оказывается более интенсивным, чем синглет-синглетный переход [168], то возможно сильное диполь-дипольное взаимодействие. Перенос энергии по этому механизму будет зависеть от квадрата интенсивности падающего света и вследствие переноса энергии к возбужденному триплетному состоянию может привести к заметному уменьшению квантового выхода флуоресценции твердых стекол и пластических систем с поперечными связями. Если верхнее триплетное состояние перекрывается с полосой проводимости, то указанный механизм может благоприятствовать проявлению эффекта фотопроводимости в органических кристаллах. Так как возбужденные триплетные состояния имеют энергию, на 5—8 эв большую, чем основное состояние, то на эту возможность следует обратить внимание в дальнейших исследованиях. Рассматриваемый механизм обеспечивает достижение состояний, значительно более высоких, чем энергия падающих квантов. Можно ожидать, что дальнодействующий перенос энергии описанного выше типа имеет большое значение при высоких интенсивностях света как в твердых стеклах, так и в чистых кристаллах. Особенно это относится к процессам при низких температурах, когда сильно уменьшается перекрывание спектра поглощения молекулы с ее собственной флуоресценцией. Так как триплет-триплетное поглощение всегда происходит при больших длинах волн, чем соответствующее синглетное поглощение, то перекрывание всегда будет хорошим и останется таковым даже при низких температурах. [c.123]

    Действительно, при абсолютном нуле все атомы (молекулы) кристалла находятся на основном колебательном уровне, которому соответствуют колебательные квантовые числа, равные нулю. Такое состояние может быть осуществлено только одним способом, т. е. ш=1. В реальных кристаллах неизбежно присутствие хотя бы ничтожных примесей и наличие дефектов структуры. Их распределение можно реализовать различными способами и, следовательно, даже при 7=0 ш>1 и 5о>0. [c.81]

    Из этого определения следует, что энтропия любой системы равна нулю, если все молекулы находятся в одинаковых квантовых и одинаковых геометрических состояниях, т. е. когда 57=1. Например, энтропия совершенного кристалла должна быть равна нулю, если все его молекулы находятся в одинаковых квантовых состояниях, независимо от того, являются ли эти состояния основными или возбужденными электронными состояниями, как это имеет место в лазерах. [c.311]

    Из сказанного ясно, что расчет электронных состояний — первый, но очень важный этап квантовомеханического описания молекулы или кристалла. Все основные свойства молекулярных и кристаллических систем определяются в конечном счете их электронной структурой, поэтому расчет ее — важная задача теории молекул (квантовой химии) и теории твердого тела. В дальнейшем мы будем рассматривать только уравнение (1.2) для электронной подсистемы и начнем это рассмотрение с обсуждения его свойств симметрии. [c.9]

    Объем книги и общий уровень изложения в ней не дают возможности систематически изложить основы квантовой химии, на автор стремился познакомить студента с основными методами ее необходимыми для понимания выводов и квантовомеханических представлений, используемых в книге. В дополнениях дана характеристика волнового уравнения Шредингера, основы квантовомеханической теории атома водорода и элементы квантовомеханической теории химической связи. Расширено рассмотрение молекулярных спектров. Значительное внимание уделено методам электронного парамагнитного резонанса, ядерного магнитного резонанса, нашедшим широкое применение при исследовании разных вопросов и уже на данной стадии развития подводящим к пониманию особенностей тонких и сверхтонких изменений в состоянии частиц. Введены основные сведения об элементах симметрии молекул и кристаллов. Описаны расчетные методы статистической термодинамики и основные понятия термодинамики необратимых процессов. Введено вириальное уравнение состояний и другие соотношения, используемые для расчета свойств неидеальных газов в широкой области температур и давлений. Приведен дополнительный материал, характеризующий особенности свойств веществ при высоких и очень высоких температурах. Описаны особенности внутреннего строения и свойств полимерных материалов. [c.12]


    Обзор В. Л. Ермолаева [219] Перенос энергии в органических системах с участием триплетного состояния охватывает твердые растворы и кристаллы. В последнем разделе этого обзора рассматривается перенос энергии с участием триплетных состояний в парах, жидкостях, молекулярных соединениях и при фотохимических реакциях. Основная часть обзора посвящена детальному описанию экспериментальных исследований сенсибилизированной фосфоресценции в твердых стеклах при низких температурах, т. е. той области исследований, которая развивается А. Н. Терениным и В. Л. Ермолаевым [220]. Приведены значения квантовых выходов сенсибилизированной фосфоресценции, а также данные русских авторов об абсолютных значениях квантовых выходов обычной флуоресценции и фосфоресценции. В качестве доноров использовались бензофенон и другие ароматические кетоны, а в качестве акцепторов — многочисленные производные нафталина. Обзор содержит 120 ссылок, в том числе 60 на работы советских авторов. [c.137]

    Согласно квантовой теории энергия молекул в любом кристаллическом теле квантуется. Это значит, что она может принимать дискретные значения. Каждый электрон молекулы имеет одно из разрешенных значений энергии, т. е. занимает один из дозволенных энергетических уровней. В основном невозбужденном состоянии молекулы суммарная энергия электронов имеет минимальное значение. Поэтому, казалось бы, все электроны должны находиться на самом низком уровне. Однако электроны подчиняются принципу запрета Паули, который гласит, что в любой квантовой системе (атоме, молекуле, кристалле и т. д.) на каждом энергетическом уровне может находиться не более двух электронов, причем собственные моменты (спины) электронов, занимающих одновременно один и тот же уровень, должны иметь противоположные направления. Это так называемое симметричное движение электронов. Если же спины электронов параллельны, то их движение называется антисимметричным. На основе теории Дирака и принципа за- [c.111]

    Итак, основное состояние квантового кристалла — это фононный вакуум, характеризующийся некоторой квантовой дилатацией. В длинноволновом приближении основное состояние можно считать однородным, т. е. допустимо положить Г) (г) = т]о = onst. Тогда плотность кристалла в основном состоянии [c.153]

    Не следует забывать, что химия исследует вещество только в одном из аспектов. Изучая состав, химические свойства, способы получения твердых веществ, мы не можем обходиться без представления об их электронной конфигурации, кристаллической структуре, без знания закономерностей, которым подчиняются изменения физических свойств с изменением энергетического состояния вещества, словом без физической теории и без физических экспериментов. Химия, физика твердого тела и молекулярная биология — по определению физика-теоретика айскопфа — являются непосредственным следствием квантовой теории движения электронов в кулоновском поле атомного ядра. Все многообразие химических соединений, минералов, изобилие видов в мире организмов обусловливается возможностью расположения в достаточно стабильном положении сравнительно небольшого количества первичных структурных единиц — атомов — огромным количеством способов, диктуемых пространственной конфигурацией электронных волновых функций. Длина связи, т. е. межатомное расстояние,— это диаметр электронного облака, определяемый амплитудой колебания электрона в основном состоянии. Поскольку масса ядра во много раз больше массы электрона, соответствующая амплитуда колебания ядра во много раз (корень квадратный из отношения масс) меньше. Поэтому, как отмечает Вайскопф, ядра способны образовывать в молекулах и кристаллах довольно хорошо локализованный остов, устойчивость которого измеряется энергией порядка нескольких электронвольт, т. е. долями постоянной Ридберга. Местоположения ядер атомов, образующих остов кристалла, с большой точностью определяются методом рентгеноструктурного анализа. Таким образом, бутлеровская теория строения, структурные формулы в наше время получили ясное физическое обоснование. [c.4]

    В 1937 г. Де-Бур так объяснил появление f-nono атомы натрия или калия из паров, проникая в кристаллы соответствующих солей, создают там точечные дефекты в анионной части, в которые попадают электроны для компенсации валентности. Это и есть F-центры. Получившаяся система с точки зрения квантовой механики весьма сходна с атомом водорода. Кроме основного состояния, такой электрон имеет ряд дискретных возбужденных уровней. F-поглощение соответствует переходу электрона из основного состояния в первое возбужденное состояние. Эта гипотеза была впоследствии подтверждена многими исследователями. Кроме F-центров были найдены F-, R -, R2-, М- и N-центры, связанные с различными дефектами кристалла. Так, например, V-центр связан с появлением вакансии в катионной части структуры, которая служит ловушкой дырок . F-центры приводят к появлению соответствующих полос поглощения. [c.264]

    Монография содержит систематическое изложение современного состояния исследований в области компьютерного материаловедения двойных и более сложных тугоплавких неметаллических соединений- нитридов и оксидов р-алементов (В, А1, Ga, С, Si, Ge) и керамических материалов на их основе. Обсуждаются особенности электронных свойств и функциональные характеристики основных классов высокотемпературных неметаллических нитридных и оксидных соединений в различных состояниях — кристаллическом, аморфном, наноразмерном. Анализируются проблемы описания роли структурных и химических дефектов в формировании свойств бинарных фаз, рассмотрены особенности энергетических электронных состояний поверхности кристаллов, интерфейсов, границ зерен. Значительное внимание уделено моделям и методам квантовохимических расчетов многокомпонентных нитридных и оксидных керамик (сиалоны). Обсуждены возможности и перспективы квантовой теории в решении задач практического материаловедения и прогнозе новых материалов с оптимизирюванными функциональными свойствами (термостойкость, прочность, высокая устойчивость в агрессивных средах, диэлектрические характеристики и др.). Обобщен опыт квантовохимического моделирования сложных высокотемпературных керамических материалов, нанокристаллов, многослойных структур, высокопрочных композитов. [c.2]

    Возникает естественный вопрос о возможности сохранить в квантовом кристалле представление о фононах как об основном виде слабовозбужденных состояний кристалла. Эксперименты по изучению низкотемпературных свойств твердого гелия показывают, что фононы являются хорошим приближением для описания теплового движения в квантовом кристалле. Этот неожиданный результат означает, что большие нулевые колебания атомов приводят лишь к необходимости своеобразной перенормировки даль-нодействующих корреляций (фононов) путем учета квантовых короткодействующих корреляций. [c.152]

    В случае слабой связи волновые функции вибронных (электронноколебательных) состояний записываются в виде произведения электронной волновой функции ф " и колебательной волновой функции п-го квантового состояния, отвечающего данной колебательной прогрессии. В общем случае колебание будет различаться по частоте при переходе от одного электронного состояния г к другому, а также по нормальной координате, но будем считать, что этими изменениями можно пренебречь. Предположим, что в спектре наблюдается только одна сильно развитая прогрессия и в основном состоянии каждая молекула будет находиться в нулевом квантовом состоянии этого активного колебания. Таким образом, волновая функция для основного состояния кристалла будет построена из молекулярных волновых функций фо а для верхних состояний из функций [c.540]

    Обсуждением одноэлектронного приближения и симметрии одиоэлектронных функций мы заканчиваем рассмотрение общих вопросов, касающихся симметрии молекул и кристаллов и классификации нх состояний. Мы уделили основное внимание симметрии кристаллов (обычно не рассматриваемой в курсах квантовой химии) и ее сравнению с симметрией молекул. Такое сравнение позволяет лучше понять особенности тех или иных молекулярных моделей, широко применяемых в настоящее время в теории твердого тела. Обсуждению этих моделей и сравнению их между собой посвящена следующая глава. [c.83]

    При обсуждении локализованных электронов в кристалле в качестве исходных состояний электронов можно взять состояния электронов в свободных атомах или ионах, а взаимодействие с другими атомами в кристалле рассматривать как возмущение. Для определения состояния атома в одноэлектронном приближении достаточно знать состояние всех его электронов или, другими словами, четверку соответствующих квантовых чисел (п, /, т , т ) для каждого электрона. При этом каждая четверка чисел, согласно принпипу Паули, может входить в рассмотрение только один раз. Энергия электрона в рассматриваемом приближении зависит только от двух квантовых чисел п и / и каждому уровню энергии, определяемому парой (п, /), в общем случае соответствует 2(2/ -Ь 1) состояний, которые отличаются друг от друга ориента-пией орбитального и спинового моментов. Поэтому электроны, образующие оболочку атома (иона), подразделяются на определенные группы (подоболочки), каждая из которых может содержать самое больщее 2(2/- - 1) электронов. Основным состоянием атома принято считать состояние с наименьщей энергией. Так как энергия электрона в атоме увеличивается при возрастании квантового числа п, а при фиксированном п — при возрастании орбитального числа /, подоболочки в основном состоянии атома заполняются электронами в последовательности 1в, 2в, 2р, Зз и так далее (здесь использованы обычные обозначения з, р, (/,... для состояний с / = 0,1,2,...). Исключение составляют электроны на (I-и /-оболочках, которые часто заполняются уже после того, как произощло заполнение 5- и р- состояний, соответствующих более высокому значению числа п, так как (/- и /-оболочки обладают более высокой энергией. Такое явление наблюдается у так называемых переходных и редкоземельных элементов Периодической таблипы. [c.269]

    Все сведения о строении и свойствах объектов химии (молекул, радикалов, комплексов, кристаллов и т. п.) в принципе могут быть получены решением уравнения Шрёдингера для соответствующих, систем ядер и электронов. Однако точное решение уравнения Шрёдингера для всех интересующих химию систем — молекул, радикалов, комплексов и т. п. — наталкивается на практически непреодолимые математические трудности Поэтому квантовая химия, как правило, использует приближенные расчетные методы, а также по-луколичественные и качественные. Даже получаемая квантовой химией качественная информация о строении и свойствах веществ имеет принципиальное значение для химии. При разработке таких приближенных методов основываются не только на математических соображениях (при подборе вида исходной волновой функции), но и на фактическом материале химии. Квантовая химия в основном рассматривает стационарное состояние системы из электронов и ядер (входящих в состав молекулы, радикала и т. п.), для которого характерен минимум энергии. В настоящее время главная заслуга квантовой химии заключается в раскрытии природы химической связи. Наибольшее распространение получили два квантово-химических способа приближенного расчета систем из ядер и электронов, отвечающих химическим объектам, — метод валентных связей и метод молекулярных орбиталей. В обоих ме- [c.88]

    Вместо указанных выше граничных условий для молекулярного кластера в модели квазимолекулярной расширенной элементарной ячейки (КРЭЯ) вводят циклические граничные условия, что приводит к появлению периодичности и позволяет учесть ряд особенностей квантовых состояний системы, связанных с пространственной симметрией кристалла. Эти циклические граничные условия могут, так сказать, замыкать выделенный молекулярный кластер на себя, когда условиями цикличности оказываются связаны только атомы кластера. В этом случае получается модель периодического кластера . Собственно же в модели КРЭЯ вводится сначала основная область кристалла, состоящая из достаточно большого числа Ы) повторяющихся молекулярных кластеров, далее для нее вводятся [c.483]

    Как было показано в разделе 1.3, в большинстве кристаллов с неметаллическими типами связи, находяшихся в их основном квантовом состоянии, отвечающем строго регулярному строению кристаллической решетки, все разрешенные уровни энергии в валентной зоне заняты электронами, в то время как в следующей за ней зоне проводимости все уровни свободны. Это приводит к локализованному характеру распределения электронов, исключающему возможность их перемещения по кристал-лу. Поэтому неметаллические кристаллы в основном квантовом состоянии являются изоляторами. [c.29]

    Вряд ли правильно рассматривать высказанные Боресковым взгляды в качестве модернизированной химической теории промежуточных соединений, как это иногда делается [72]. Основной характеристикой старых химических теорий является признание образования промежуточных соединений дальтонидного типа. Боресков же в качестве основного тезиса выдвигает следующий удельная каталитическая активность сравнительно мало зависит от состояния поверхности и определяется в основном химическим составом катализатора и его химическим строением [61, стр. 15]. Он не отрицает влияния на каталитическую активность разных граней кристаллов катализатора, деформации структуры катализатора и т. п. А главное, промежуточные поверхностные соединения он вовсе не считает дальтонидами. Подчеркивая определяющий характер химизма при катализе, Боре-сков полагает необходимым развивать квантово-механические методы расчета поверхностного взаимодействия реагентов с катализатором. [c.156]

    Одноэлектронное приближение (напомним, что мы пока не учитываем взаимодействие между электронами) идейно очень просто и позволяет в принципе выяснить структуру электронного энергетического спектра и характер квантовых состояний электронов. Основным результатом этого рассмотрения, несомненно, является введение квазиимпульса. Однако непосредственный расчет закона дисперсии и волновых функций связан с большими вычислительными трудностями, которые удается преодолеть лишь при весьма специальных предположениях (сильная связь, почти свободные электроны и т. п.). Выяснение квантовых состояний электронов в решетке и их энергетического спектра, по сути дела, является не завершением электронной теории металлов, а только ее началом — обоснованием. При решении конкретных задач теории металлов оказывается необходимым проанализировать движение электрона во внешних по отношению к кристаллу полях, в частности во внешнем магнитном поле. Точное решение уравнения Шредингера в этом случае уже не только невозмолаю практически, но в большинстве случаев не удается даже описать квантовое состояние электрона, на который кроме периодической силы со стороны ионов решетки действует и внешняя апериодическая сила. Возможность продвижения в исследовании свойств электронов проводимости Основана на том уже упоминавшемся нами обстоятельстве, что внешние поля по своей сути всегда слабы и плавны и допускают квазиклассический подход. [c.14]

Смотреть страницы где упоминается термин Основное состояние квантового кристалла: [c.192]    [c.196]    [c.9]    [c.352]    [c.152]    [c.209]    [c.119]    [c.156]    [c.540]    [c.395]    [c.36]    [c.9]    [c.9]   
Смотреть главы в:

Физическая механика реальных кристаллов -> Основное состояние квантового кристалла



ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Основное состояние



© 2025 chem21.info Реклама на сайте