Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
4. Корреляции в электронном газеДо сих пор наше рассмотрение металлов ограничивалось обсуждением хартри-фоковской теории твердых тел вообще. Если попытаться оценить влияние кулоновского взаимодействия между электронами металла с помощью обычной теории возмущений, то результат из-за наличия низколежащих возбужденных состояний и дальнодействующего характера кулоновских сил будет расходящимся. В действительности из-за электростатического экранирования кулоиовские силы вызывают лишь конечный суммарный эффект; в связи с этим для последовательного решения рассматриваемой проблемы экранирование необходимо учитывать с самого начала расчета. До настоящего времени много попыток было посвящено работе с упрощенной моделью, в которой периодическое распределение положительных ядер или ионов заменяется на равномерное распределение положительного заряда
и электростатическая энергия равна
В данной области часто используют атомные единицы, в которых радиус
и энергия измеряется в ридбергах. Отнесенный к одному электрону объем задается характеристическим радиусом
В указанных единицах радиус фермиевской сферы равен
что составляет
(в обратных ангстремах). Максимальная кинетическая энергия электрона равна
а средняя кинетическая энергия составляет 3/5 этой величины
В данной модели полный набор трансляций образует непрерывную группу симметрии, так что опять удобно использовать фурье-преобразование плотности
и потенциалы
В приведенных обозначениях потенциальная энергия
где
получается из фурье-преобразоваyия кулоновского взаимодействия. Общая формула (29) в действительности пригодна для описания любых парных взаимодействий, для которых существует преобразование Фурье. Член связанные с обменными и корреляционными эффектами, дают конечный вклад в энергию взаимодействия. Хартри-фоковская энергия системы, кроме фермиевекой энергии (26), включает обменную энергию, возникающую из-за того, что флуктуации плотности подавляются в соответствии с требованиями фермиевекой статистики для всех значений импульса
Рис. 23. Ход флуктуации плотности в зависимости от волнового числа. 1 — в приближении хаотических фаз; 2 — по Хартри — Фоку; 3 — во втором порядке теории возмущений. Простой подсчет приводит к следующему выражению для среднего значения (см. рис. 23):
Получающаяся полная энергия, отнесенная к одной частице, равна
Расчет корреляционной энергии наиболее удобно производить с использованием вторичного квантования, которое часто предпочитают также применять и при выводе формулы (31). Введем операторы удовлетворяющие следующим коммутационным соотношениям:
где
В случае использования фоковских детерминантов оператор порождения добавляет строку снизу детерминанта; оператор уничтожения, напротив, после необходимой перегруппировки убирает строку из указанного положения. С помощью операторов (33) определение (27) можно записать в виде
где сумма охватывает все соответствующие спин-орбитали. Член
в операторе (29) индуцирует переходы электронов из состояний внутри фермиевской сферы в незаполненные внешние состояния
причем, если
при передаче импульса
причем матричный элемент равен
При этом в случае общего закона сил энергия возмущения вто рого порядка равна
Суммы охватывают все состояния, для которых
В связи с этим отметим, что изменение второго порядка потенциальной энергии равняется
При подстановке формулы кулоновского взаимодействия (30) в выражение (37) мы получаем выражение для
Однако если кулоновское взаимодействие подставить в нашу формулу для
где при малых
так что интеграл логарифмически расходится. Соответствующее поведение флуктуаций плотности показано на рис. 23. Если заменить на ноль все получающиеся при расчете отрицательные значения рассматриваемой существенно положительной величины, то мы придем к результату вида
Гелл-Манн и Брукнер [10] показали, что выражение (40) действительно верно с точностью до Во всех вариантах применялось приближение хаотических фаз при определении оставаясь положительными. При таком подходе операторы
можно трактовать как операторы поглощения и испускания бозонов, поскольку число одновременных возбуждений, хотя и не обязательно мало само по себе, все же составляет, видимо, лишь небольшую долю общего возможного числа. Соответственно потенциальную энергию можно представить в виде
где
и соответствующая область
Возможность различных ориентаций спина учитывается просто путем удвоения набора, отвечающего условиям (43). Коммутаторы кинетической и потенциальной энергии с операторами (41) равны соответственно
При этом избыточная кинетическая энергия над фермиевской энергией всей системы равна просто
что в сочетании с выражением для потенциальной энергии (42) дает гамильтониан, отвечающий набору осцилляторов с квадратичной недиагональной связью. Это позволяет построить с помощью простых операций резольвенту соответствующей классической задачи и с ее помощью секулярную функцию
где
которая определяется с помощью контурного интегрирования
или
Определенная таким образом величина
При малых
или, добавляя
Для того чтобы подсчитать члены порядка Набор возбужденных состояний остается эквивалентным набору состояний для идеального газа; групповые скорости изменяются весьма умеренно. Как возбужденные электроны, так и дырки окружаются другими экранирующими электронами; временная постоянная соответствует периоду классических плазменных осцилляций. Указанные возбуждения могут распадаться, возбуждая в свою очередь пары; однако для возбуждений низкой энергии это маловероятно, и их времена жизни в действительности обратно пропорциональны квадрату расстояния до фермиевекой поверхности. Во многих отношениях ввиду экранирования кулоновские и близкодействующие силы менаду фермионами дают сравнимые эффекты [13]. С целью выполнения количественных вычислений для конкретных металлов следует разработать усовершенствованные методы расчета, эффективные при меньших плотностях, и учесть периодическое поле кристаллической решетки. Но качественная картина взаимодействия электронов вряд ли изменится после дальнейших уточнений по сравнению с получающейся в идеализированной модели электронного газа. ЛИТЕРАТУРА(см. скан)
|
1 |
Оглавление
|