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P1.BO近似 波恩奥本海默近似(当电子跑的很快的时候,原子核就

P1.BO近似 波恩奥本海默近似(当电子跑的很快的时候,原子核就

作者: 光头披风侠 | 来源:发表于2019-03-06 17:05 被阅读0次

BO近似 波恩奥本海默近似(当电子跑的很快的时候,原子核就当是个高阶小量给放了)

电子结构(电子的空间和能量分布)决定了体系的绝大多数性质。

BO模型

  • 忽略原子核的速度,假定它和原子核长期固定在某位置时的电子结构一样
  • 把核的运动和电子的运动分开处理:
    1. 处理电子运动时,认为核是固定不动的
    2. 处理核运动时,认为核在一个由快速运动电子构建的平均场内

多原子核多电子体系

  • 薛定谔方程:
    H\psi(\boldsymbol{r},\boldsymbol{R})=E\psi(\boldsymbol{r},\boldsymbol{R})
    其中,
    H=-\sum_{I}{\frac{\hbar}{2m_I}}\nabla^{2}_{I}-\sum_{i}{\frac{\hbar}{2m_i}}\nabla^{2}_{i}-\sum_{i}\sum_{I}{\frac{e^2Z_I}{r_{iI}}}+\sum_{i<j}{\frac{e^2}{r_{ij}}}+\sum_{I<J}{\frac{e^2Z_IZ_J}{r_{IJ}}}

    • 第一项为原子核动能,由于其动能相较电子极小,因而可以忽略
    • 第二项为电子动能
    • 第三项为电子原子核耦合项
    • 第四项为电子耦合项
    • 第五项为原子核耦合项

多体体系引入BO近似

引入BO近似对原子核与电子分离变量:
\psi(\boldsymbol{r},\boldsymbol{R})=\psi_N(\boldsymbol{R})\cdot\psi_{el}(\boldsymbol{r},\boldsymbol{R})

H_{el}(\boldsymbol{R})\psi_{el}(\boldsymbol{r})=E(\boldsymbol{R})\psi_{el}(\boldsymbol{r})

  • \psi_N(\boldsymbol{R})描述原子核态,只与原子核位置有关

  • H_{el}(\boldsymbol{R}),\psi_{el}(\boldsymbol{r})是电子的哈密顿量与波函数,以原子核位置为参数:【输入参数:POSCAR】

  • 势能面(PSE)E(\boldsymbol{R})与原子核位置有关,知道势能面以后:

    • 从极小点得到几何构型
    • 从势井深度得到反应能
    • 从鞍点得到过渡态

    BO近似又称为“绝热近似”,认为电子总是适应核位置的变化来运动(始终跟随并围绕原子核来运动),运动过程中不会发生跃迁(即,不会从一个势能面E_1跃迁到另一个势能面E_2)。本质原因在于:电子跃迁所需的能量在室温下无法得到满足,因而室温下一直处于基态。

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