Кіріспе

Электрондардың өзара әрекеттесуі, көбінесе физикалық есептеулерді күрделендіреді. Электрондық корреляция – бұл кванттық жүйенің электрондық құрылымындағы электрондардың өзара әрекеттесуі. Корреляциялық энергия – бір электронның қозғалысына барлық басқа электрондардың қаншалықты әсер ететінін көрсететін шама.

Атомдық және молекулалық жүйелер

Кванттық химияның Хартри-Фок әдісінде антисимметриялық толқын функциясы бір ғана Слэйтер детерминантымен жуықтастырылады. Дегенмен, нақты толқын функцияларын, әдетте, бір детерминант ретінде беру мүмкін емес. Бір детерминантты жуықтау Кулондық корреляцияны ескермейді, нәтижесінде Борн-Оппенгеймер жуықтауындағы релятивистік емес Шредингер теңдеуінің нақты шешімінен өзгеше жалпы электрондық энергия пайда болады. Сондықтан Хартри-Фок шегі әрқашан осы нақты энергиядан жоғары болады. Бұл айырмашылық Лёвдин ұсынған корреляциялық энергия деп аталады. Корреляциялық энергия тұжырымын Вигнер бұрын зерттеген. HF жуықтауында параллель спинді электрондар арасындағы корреляцияны сипаттайтын электрондық алмасу мүшесінде белгілі бір электрондық корреляция ескеріледі. Бұл негізгі корреляция екі параллель спинді электронның кеңістікте бір нүктеде табылуына жол бермейді және көбінесе Паули корреляциясы деп аталады. Кулондық корреляция, керісінше, электрондардың Кулондық итеркілесуіне байланысты олардың кеңістіктегі орны арасындағы корреляцияны сипаттайды және Лондон дисперсиясы сияқты химиялық маңызды эффектілерге жауап береді. Сондай-ақ, қарастырылып отырған жүйенің жалпы симметриясы немесе жалпы спинімен байланысты корреляция да бар. Корреляциялық энергия сөзін сақтандырып қолдану керек. Біріншіден, ол әдетте корреляциялық әдістің Хартри-Фок энергиясына қатысты энергия айырмасы ретінде анықталады. Бірақ бұл толық корреляциялық энергия емес, өйткені кейбір корреляция HF-ке енгізілген. Екіншіден, корреляциялық энергия қолданылатын базистік жиынға өте сезімтал. "Дәл" энергия – толық корреляциялы және толық базистік жиынмен есептелген энергия. Электрондық корреляция кейде динамикалық және динамикалық емес (статикалық) корреляцияға бөлінеді. Динамикалық корреляция – электрондардың қозғалысының корреляциясы және электрондық корреляция динамикасы және конфигурациялық өзара әрекеттесу (CI) әдісімен сипатталады. Статикалық корреляция негізгі күйі бірнеше (жақын) дегенеративті детерминанттармен ғана жақсы сипатталатын молекулалар үшін маңызды. Бұл жағдайда Хартри-Фок толқын функциясы (бір ғана детерминант) сапалық тұрғыдан дұрыс емес. Көп конфигурациялық өзіндік дәйекті өріс (MCSCF) әдісі осы статикалық корреляцияны ескереді, бірақ динамикалық корреляцияны ескермейді. Егер қоздыру энергиясын (негізгі және қоздырылған күйлер арасындағы энергия айырмашылығын) есептеу керек болса, екі күйдің теңгерілгендігіне (мысалы, көп сілтемелі конфигурациялық өзара әрекеттесу) назар аудару қажет.

Кристалдық жүйелер

Конденсацияланған материя физикасында электрондар әдетте атом ядроларының периодтық торларына сүйеніп сипатталады. Сондықтан өзара әрекеттеспейтін электрондар көбінесе молекулаларда қолданылатын, симметрияға бейімделген молекулалық орбитальдарға сәйкес келетін Блох толқындарымен сипатталады (ал Ванниер функциялары жергілікті молекулалық орбитальдарға сәйкес келеді). Осы кристалдық жүйелердегі электрондық байланыстарды түсіндіру үшін бірқатар маңызды теориялық жуықтамалар ұсынылды. Металдардағы байланысқан электрондардың Ферми сұйық моделі электрондар арасындағы өзара әрекеттесудің температураға тәуелділігін түсіндіре алады. Ол сондай-ақ фонондық араласу арқылы туындаған электрон-электрон өзара әрекеттесуінің нәтижесі болып табылатын суперөткізгіштіктің BCS теориясының негізін құрайды. Ферми сұйық сипаттамасынан тысқары жүйелер күшті байланысқан деп есептеледі. Оларда өзара әрекеттесу мұндай маңызға ие, сондықтан жаңа сапалық құбылыстар пайда болады. Мысалы, электрондар металл-оқшаулағыш өтуіне жақын болғанда осылай болады. Хаббард моделі тығыз байланыс жуықтамасына негізделген және электрондар арасындағы теріскеш Кулондық өзара әрекеттесудің болуы арқасында өтпелі металл оксидтері сияқты Мотт оқшаулағыштарындағы өткізгіш-оқшаулағыш өтулерін түсіндіре алады. Оның бір өлшемді нұсқасы күшті байланыс мәселесінің архетипі болып саналады және квазибөлшектердің бөлшектенуі сияқты көптеген айқын көріністерді көрсетеді. Алайда Хаббард моделінің бір өлшемнен артық өлшемде дәл шешімі жоқ. RKKY өзара әрекеттесуі өткізгіш кристалдағы әртүрлі атомдардағы жұпталмаған ішкі қабық электрондары арасындағы электрондық спиндік байланыстарды өткізгіш электрондар арқылы делдалдық жасалатын екінші реттік өзара әрекеттесу арқылы түсіндіре алады. Томонага-Луттингер сұйық моделі екінші реттік электрон-электрон өзара әрекеттесулерін бозондық өзара әрекеттесу ретінде жуықтап есептейді.