Градиент электрического поля - Electric field gradient

В атомный, молекулярный, и физика твердого тела, то градиент электрического поля (EFG) измеряет скорость изменения электрическое поле загар атомное ядро генерируется электронный распределение заряда и другие ядра. EFG сочетается с ядерной электрической квадрупольный момент квадрупольных ядер (с квантовое число спина больше половины), чтобы вызвать эффект, который можно измерить с помощью нескольких спектроскопический методы, такие как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), микроволновая спектроскопия, электронный парамагнитный резонанс (ЭПР, СОЭ), ядерный квадрупольный резонанс (NQR), Мессбауэровская спектроскопия или же возмущенная угловая корреляция (PAC). EFG отличен от нуля, только если заряды, окружающие ядро, нарушают кубическая симметрия и, следовательно, создают неоднородное электрическое поле в месте расположения ядра.

EFG очень чувствительны к электронная плотность в непосредственной близости от ядра. Это потому, что EFG оператор масштабируется как р⁻³, куда р это расстояние от ядра. Эта чувствительность была использована для изучения эффектов на распределение заряда в результате замещения, слабые взаимодействия, и перенос заряда. Особенно в кристаллы, то местная структура можно исследовать с помощью вышеуказанных методов, используя чувствительность EFG к локальным изменениям, таким как дефекты или фазовые изменения. В кристаллах EFG порядка 10²¹В / м². Функциональная теория плотности стал важным инструментом для методов ядерная спектроскопия для расчета EFG и обеспечения более глубокого понимания конкретных EFG в кристаллах на основе измерений.

Определение

Заданное распределение заряда электронов и ядер, ρ(р), порождает электростатический потенциал V(р). Производная этого потенциала является отрицательной величиной электрическое поле генерируется. 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 заряда, генерирующее электростатический потенциал, является внешним по отношению к ядру, матрица имеет вид бесследный, ибо в этой ситуации Уравнение Лапласа, ∇²V(р) = 0, выполнено. 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 ∇²V(р) оценивается в данном ядре.

В качестве V (и φ) симметрично, может быть диагонализованный. Главные компоненты тензора обычно обозначают V_zz, V_гг и V_хх в порядке убывания модуль. Учитывая бесследный характер, только два основных компонента являются независимыми. Обычно они описываются V_zz и параметр асимметрии, η, определяется как

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

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

Градиент электрического поля, а также параметр асимметрии можно рассчитать численно для больших электрических систем, как показано на рис.^[1]

Рекомендации

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