Электрон орбитал тасвири

Электрон орбитал кўриш – бу реал фазода электрон (ёки тешик) орбиталларининг тасвирларини яратиш учун ишлатиладиган рентген- синхротрон усули. У электронларни монокристалдан ноэластик равишда сочиш учун резонансли бўлмаган эластик рентген нурларининг тарқалиши рентген нурларининг тарқалиши техникасидан фойдаланади. Бу ўтиш металларда валент электронларини ўрганиш учун элементга хос спектроскопик техникадир.

Кўпгина квант механикаси дарсликларида электроннинг тўлқин функсиялари тасвирлари кенг тарқалган. Бироқ, бу электронларнинг бу орбитал шакллари кўрсатилган тасвирлар бутунлай математик кўринишга эга. Соф экспериментал усул сифатида электрон орбитал тасвирлаш бир-бирини тўлдирувчи назарий ёндашувлардан фойдаланмасдан конденсацияланган моддалар физикасидаги баъзи муаммоларни ҳал қилиш қобилиятига эга. Назарий ёндашувлар аниқ бўлса-да, ҳар доим ишлатиладиган ёндашувга қараб ўзгариб турадиган бир нечта асосий тахминларга таянади. Орбитал тасвирни ишлаб чиқиш мотивацияси экспериментал спектрларни моделлаштириш учун мураккаб назарий ҳисоб-китобларни ўтказиб юбориш истагидан келиб чиқади.

Резонанссиз ноэластик рентген нурларининг тарқалиш кесими фотоэлектрик ютилишдан кичикроқдир. Катта қаттиқ бурчакни аниқлашга қодир бўлган самарали спектрометрларга эга юқори ёрқинликдаги синхротрон нурланиш чизиқлари талаб қилинади. ХРС спектрометрлари одатда намунадан кейин фокусловчи монохроматор вазифасини бажарадиган сферик эгри анализатор кристалларига асосланади. 10 кеВ даражасидаги фотон энергияси учун энергия рухсати 1 эВ даражасида бўлади.

Электрон тешикларининг зичлигини валентлик бандини импулс узатиш вектори қ йўналиши бўйича ўлчайди (1-расм), бу кирувчи қ _кириш ва _{чиқувчи} қ фотонлар орасидаги импулснинг фарқи сифатида аниқланади. Намуна кейинги ўлчовлар орасида (бир тҳ бурчак остида) айлантирилади, шунда импулс узатиш вектори кристаллдаги текисликни кесиб ўтади. Тешиклар оддийгина электрон текисликка тескари бўлганлиги сабабли, берилган текисликдаги эгалланган (электрон) ва бўш (тешик) орбиталларни тасвирлаш мумкин. Амалда этарлича катта қ га эришиш учун ~10кеВ фотонлардан фойдаланилади (дипол тақиқланган ўтишларга кириш учун керак, қуйида Назарий асосга қаранг). Тарқалган фотонлар доимий энергияда аниқланади, тушган фотон энергияси эса тегишли қўзғалишнинг боғланиш энергиясига мос келадиган диапазондан юқорига сурилади. Мисол учун, агар аниқланган фотонларнинг энергияси 10кеВ бўлса ва никел 3 с (боғланиш энергияси 111эВ) қўзғалиш қизиқиш уйғоца, у ҳолда тушаётган фотонлар 10,111кеВ атрофида силжийди. Шу тарзда намунага узатиладиган энергия ўлчанади. Ядро даражасидаги электрон қўзғалиш интенсивлиги (масалан, 3 с → 3 д) ўлчанаётган кристалга нисбатан моментум узатиш вектори қ нинг турли йўналишлари учун интеграллашган. С орбиталдан фойдаланиш энг қулай ҳисобланади, чунки у шарсимондир ва шунинг учун техника фақат якуний тўлқин функсияси шаклига сезгир. Ҳосил бўлган спектрнинг интеграл интенсивлиги қ йўналишидаги тешик зичлигига пропорционалдир.

Дипол тақиқланган электрон ўтишларга кириш қобилиятига боғлиқ бўлади.

Ўлчаш учун икки томонлама дифференсиал кесма қуйидагича ифодаланади:

${\displaystyle {\displaystyle {d^{2}\sigma \over d\Omega d\omega }=\left({d\sigma \over d\Omega }\right)_{\rm {Th}}\times S(\mathbf {q} ,\omega )}}$

Бу ерда (дс/дŌ) _Тҳ – Томсоннинг сочилиш кесими (электромагнит тўлқинларнинг электронлардан эластик сочилишини ифодалайди) ва С(қ ,ō) – ўлчанадиган материалнинг физикасини ўз ичига олган динамик структура омили ва томонидан берилган:

${\displaystyle S(\mathbf {q} ,\omega )=\sum _{f}|{\mathrm {\langle } {f}|{e}}^{-i\mathbf {q} \cdot \mathbf {r} }|i\rangle |^{2}\delta (E_{i}+E_{f}+\hbar \omega )}$

бу ерда қ = к _ф – к _и импулснинг узатилиши ва делта функцияси д энергияни тежайди: ō – фотон энергиясининг йўқолиши ва Э _и & Э _ф – мос равишда тизимнинг бошланғич ва охирги ҳолатлари. Агар қ кичик бўлса, у ҳолда ўтиш матрицасининг Тейлор кенгайиши э ^{и қ·р} кенгайишдаги фақат биринчи (дипол) ҳад муҳимлигини билдиради. Орбитал тасвирлар импулс ўтказувчанлиги ошиши билан (~ 4 дан 15 Å ^-1) ўтиш матрицасининг кенгайиши учун бошқа шартлар долзарб бўлиб кетишига асосланади, бу эса экспериментаторга юқори кўп қутбли ўтиш.

Электрон орбитал тасвири қаттиқ жисмлар физикасида қўлланади, бунда асосий мақсад маълум бир материалнинг кузатилган массавий хусусиятларини – электрон ёки магнит бўлсин – электронларнинг атом нуқтаи назаридан тушунишдир. Кўпгина материалларда шундай бўладики, рақобатдош ўзаро таъсирларнинг нозик мувозанати мавжуд бўлиб, улар биргаликда маълум бир орбитал ҳолатни барқарорлаштиради, бу эса ўз навбатида жисмоний хусусиятларни белгилайди. Электрон орбитал тасвири олимларга реал фазода валентлик электрон орбиталларини бевосита тасвирлаш имконини беради. Бунинг афзаллиги экспериментал спектрларни назарий моделлаштиришни четлаб ўтиш ва тегишли орбиталларни бевосита кузатиш.

Ушбу техниканинг биринчи қўлланилиши 2019 йилда нашр этилган ва Никел (ИИ) оксидининг 3Д орбиталларини (айниқса электронларнинг тескариси бўлган тешикларни) кўрсатди. Э _г орбиталларнинг шакли ҳақиқий фазода НиО нинг монокристалининг кўндаланг кесими орқали тасвирланган.

Исинг магнит материали Cа ₃ Cо ₂ О ₆ (2-расм) юқори спинли тригонал мувофиқлаштирилган кобалт участкасидаги олтинчи электрон эканлигини ва кузатилган катта ҳажмдаги катта орбитални келтириб чиқаришини аниқ кўрсатиш учун қўлланган. магнит момент .