Кіріспе

Атомдық, молекулалық және қатты дене физикасында электр өрісінің градиенті (ЭФГ) электрондық заряд таралуы мен басқа ядролардың әсерінен атом ядросындағы электр өрісінің өзгеру жылдамдығын өлшейді. ЭФГ, спиндік кванттық саны жартысынан жоғары ядролардың (төртполярлық ядролар) ядролық электрлік төртполярлық моментімен байланысып, ядролық магниттік резонанс (ЯМР), микротолқынды спектроскопия, электронды парамагниттік резонанс (ЭПР, ЭСР), ядролық төртполярлық резонанс (ЯТР), Моссбауэр спектроскопиясы немесе бұрыштық корреляция (БК) сияқты әртүрлі спектроскопиялық әдістермен өлшенетін әсерді тудырады. ЭФГ нөлден өзгеше болуы үшін ядроны қоршап тұрған зарядтардың кубтық симметрияны бұзуы және ядро орнында біртекті емес электр өрісін тудыруы керек. ЭФГ ядроның жақын аймағындағы электрондық тығыздыққа өте сезімтал. Бұл ЭФГ операторы r−3 пропорционалдығымен түсіндіріледі, мұнда r – ядродан қашықтық. Осы сезімталдық, алмасу, әлсіз өзара әсерлер және зарядтың ауысуы нәтижесінде туындаған заряд таралуына әсерді зерттеу үшін қолданылды. Әсіресе кристаллдарда, жоғарыда аталған әдістерді пайдалана отырып, ЭФГ-нің жергілікті өзгерістерге, мысалы, ақауларға немесе фазалық өзгерістерге сезімталдығы арқылы жергілікті құрылымды зерттеуге болады. Кристаллдардағы ЭФГ шамамен 1021 В/м2-ге тең. Тығыздық функционалдық теориясы, ЭФГ-ні есептеу және өлшемдерден алынған кристаллдардағы нақты ЭФГ-ні тереңірек түсіну үшін ядролық спектроскопия әдістерінде маңызды құралға айналды.

Анықтама

Электрондар мен ядролардың берілген зарядтық үлестірімі ρ(r) электростатикалық потенциалды V(r) тудырады. Бұл потенциалдың туындысы – пайда болған электр өрісінің теріс мәнін береді. Өрістің бірінші туындысы немесе потенциалдың екінші туындысы – электр өрісінің градиенті. Сондықтан, EFG-нің тоғыз компоненті ядро орнында есептелген электростатикалық потенциалдың екінші жартылай туындылары ретінде анықталады:

Әрбір ядро үшін Vij компоненттері симметриялық 3 × 3 матрица түрінде біріктіріледі. Электростатикалық потенциалды тудыратын зарядтың бөлінуі ядродан тыс жерде орналасқан деп есептесек, матрица ізсіз болады, себебі бұл жағдайда Лаплас теңдеуі, ∇²V(r) = 0, орындалады. Бұл шартты жеңілдеткенде, симметрияны және ізсіздікті сақтайтын EFG тензорының жалпы түрі:

мұнда ∇²V(r) берілген ядрода есептеледі. V (және φ) симметриялы болғандықтан, оны диагональдауға болады. Басты тензор компоненттері әдетте модульдің кему ретімен Vzz, Vyy және Vxx деп белгіленеді. Ізсіздік қасиетіне байланысты, тек екі басты компонент тәуелсіз. Әдетте олар Vzz және асимметрия параметрі η арқылы сипатталады, ол келесідей анықталады:

сондықтан электр өрісінің градиенті де, асимметрия параметрі де үлкен электр жүйелері үшін сандық түрде есептелуі мүмкін.