Градиент электрического поля

В атомном , молекулярном и физике твердого тела , то градиент электрического поля ( ГЭП ) измеряет скорость изменения электрического поля при атомном ядре , генерируемом электронным распределением заряда и других ядрами. EFG взаимодействует с ядерным электрическим квадрупольным моментом квадрупольных ядер (со спиновым квантовым числом больше половины) для создания эффекта, который можно измерить с помощью нескольких спектроскопических методов, таких как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), микроволновая спектроскопия., электронный парамагнитный резонанс (ЭПР, ЭПР), ядерный квадрупольный резонанс (ЯКР), мессбауэровская спектроскопия или возмущенная угловая корреляция (PAC). EFG отличен от нуля только в том случае, если заряды, окружающие ядро, нарушают кубическую симметрию и, следовательно, создают неоднородное электрическое поле в месте расположения ядра.

EFG очень чувствительны к электронной плотности в непосредственной близости от ядра. Это связано с тем, что оператор EFG масштабируется как r ⁻³ , где r - расстояние от ядра. Эта чувствительность была использована для изучения эффектов на распределение заряда в результате замещения, слабых взаимодействий и переноса заряда. Особенно в кристаллах , то локальная структура может быть исследована с использованием указанных выше способов чувствительности EFG к локальным изменениям, как дефекты или фазовых изменений . В кристаллах EFG составляет порядка 10 ²¹ В / м ² . Функциональная теория плотностистал важным инструментом для методов ядерной спектроскопии для расчета EFG и обеспечения более глубокого понимания конкретных EFG в кристаллах на основе измерений.

Определение [ править ]

При заданном распределении заряда электронов и ядер ρ ( r ) генерируется электростатический потенциал V ( r ). Производная этого потенциала является отрицательной величиной генерируемого электрического поля . Первые производные поля или вторые производные потенциала - это градиент электрического поля. Таким образом, девять компонентов EFG определяются как вторые частные производные электростатического потенциала, вычисленные в положении ядра:

${\ displaystyle V_ {ij} = {\ frac {\ partial ^ {2} V} {\ partial x_ {i} \ partial x_ {j}}}.}$

Для каждого ядра компоненты V _ij объединяются в симметричную матрицу 3 × 3. В предположении , что распределение зарядов генерации электростатического потенциала является внешним по отношению к ядру, матрица бесследовый , ибо в этом ситуации уравнения Лапласа , ∇ ² В ( г ) = 0, имеет место. Ослабляя это предположение, более общая форма тензора ГЭП, сохраняющая симметрию и бесследный характер, имеет вид

${\ displaystyle \ varphi _ {ij} = V_ {ij} - {\ frac {1} {3}} \ delta _ {ij} \ nabla ^ {2} V,}$

где ∇ ² V ( r ) оценивается на данном ядре.

Поскольку V (и φ ) симметричны, его можно диагонализовать . Компоненты главного тензора обычно обозначаются V _zz , V _yy и V _xx в порядке убывания модуля . Учитывая бесследный характер, только два основных компонента являются независимыми. Обычно они описываются V _ZZ и параметр асимметрии , п , определяемый как

${\ displaystyle \ eta = {\ frac {V_ {xx} -V_ {yy}} {V_ {zz}}}.}$

с и , таким образом .${\ displaystyle \ vert V_ {zz} \ vert \ geq \ vert V_ {yy} \ vert \ geq \ vert V_ {xx} \ vert}$${\displaystyle V_{zz}+V_{yy}+V_{xx}=0}$${\displaystyle 0\leq \eta \leq 1}$

Градиент электрического поля, а также параметр асимметрии могут быть оценены численно для больших электрических систем, как показано в ^[1].

Ссылки [ править ]

• Кауфманн, Элтон Н .; Райнер Дж. Вианден (1979). «Градиент электрического поля в некубических металлах». Обзоры современной физики . 51 (1): 161–214. Bibcode : 1979RvMP ... 51..161K . DOI : 10.1103 / RevModPhys.51.161 .