Введение
Склонность вещества, находящегося под воздействием электрического поля, приобретать электрический дипольный момент.
Поляризуемость обычно относится к склонности вещества приобретать электрический дипольный момент при воздействии электрического поля, пропорционально величине этого поля. Это свойство частиц, обладающих электрическим зарядом. Под воздействием электрического поля отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные атомные ядра испытывают противоположно направленные силы и происходит разделение зарядов. Поляризуемость определяет диэлектрическую проницаемость материала и, при высоких (оптических) частотах, его показатель преломления. Поляризуемость атома или молекулы определяется как отношение индуцированного дипольного момента к локальному электрическому полю; в кристаллическом твёрдом теле рассматривается дипольный момент на элементарную ячейку. Следует отметить, что локальное электрическое поле, воспринимаемое молекулой, обычно отличается от макроскопического электрического поля, измеряемого внешним образом. Это расхождение учитывается соотношением Клаузиуса — Моссотти (приведено ниже), которое связывает макроскопическое поведение (плотность поляризации, обусловленную внешним электрическим полем в соответствии с электрической восприимчивостью) с молекулярной поляризуемостью, обусловленной локальным полем. Магнитная поляризуемость аналогичным образом относится к склонности к возникновению магнитного дипольного момента пропорционально внешнему магнитному полю. Электрическая и магнитная поляризуемости определяют динамический отклик связанной системы (например, молекулы или кристалла) на внешние поля и дают представление о внутренней структуре молекулы. Не следует путать "поляризуемость" с собственным магнитным или электрическим дипольным моментом атома, молекулы или вещества в целом; эти моменты не зависят от наличия внешнего поля.
Применение в кристаллографии
Вышеуказанная матрица может быть использована с уравнением молярной рефрактивности и другими данными для получения данных о плотности для кристаллографии. Каждое измерение поляризуемости вместе с индексом преломления, соответствующим данному направлению, даст плотность, специфичную для этого направления, которую можно использовать для разработки точной трехмерной оценки упаковки молекул в кристалле. Эта зависимость была впервые обнаружена Линусом Полингом. Мы можем определить локальное поле как макроскопическое поле без учета вклада внутреннего поля: поляризация пропорциональна макроскопическому полю, где ε – диэлектрическая проницаемость, а χ – электрическая восприимчивость. Используя эту пропорциональность, мы находим локальное поле как E_loc = E - P, которое можно использовать в определении поляризации P = ε₀χE и упростить до P = χE, где ε₀ – электрическая постоянная. Эти два выражения можно приравнять друг к другу, исключив E, получив P = ε₀χ(E - P/ε₀).
The polarization is proportional to the macroscopic field by where is the electric permittivity constant and is the electric susceptibility. Using this proportionality, we find the local field as which can be used in the definition of polarization
and simplified with to get These two terms can both be set equal to the other, eliminating the term giving us
We can replace the relative permittivity with refractive index , since for a low pressure gas. The number density can be related to the molecular weight and mass density through , adjusting the final form of our equation to include molar refractivity:
This equation allows us to relate bulk property (refractive index) to the molecular property (polarizability) as a function of frequency.
Мы можем заменить относительную диэлектрическую проницаемость (ε/ε₀) на показатель преломления (n), поскольку n² ≈ ε/ε₀ для газа при низком давлении. Плотность числа частиц (N) может быть связана с молекулярной массой (M) и массовой плотностью (ρ) соотношением ρ = NM/Na, где Na – число Авогадро, что позволяет скорректировать окончательную форму нашего уравнения с учетом молярной рефрактивности.
The polarization is proportional to the macroscopic field by where is the electric permittivity constant and is the electric susceptibility. Using this proportionality, we find the local field as which can be used in the definition of polarization
and simplified with to get These two terms can both be set equal to the other, eliminating the term giving us
We can replace the relative permittivity with refractive index , since for a low pressure gas. The number density can be related to the molecular weight and mass density through , adjusting the final form of our equation to include molar refractivity:
This equation allows us to relate bulk property (refractive index) to the molecular property (polarizability) as a function of frequency.
Это уравнение позволяет связать объемное свойство (показатель преломления) с молекулярным свойством (поляризуемостью) как функцию частоты.
The polarization is proportional to the macroscopic field by where is the electric permittivity constant and is the electric susceptibility. Using this proportionality, we find the local field as which can be used in the definition of polarization
and simplified with to get These two terms can both be set equal to the other, eliminating the term giving us
We can replace the relative permittivity with refractive index , since for a low pressure gas. The number density can be related to the molecular weight and mass density through , adjusting the final form of our equation to include molar refractivity:
This equation allows us to relate bulk property (refractive index) to the molecular property (polarizability) as a function of frequency.
Тенденции
Как правило, поляризуемость увеличивается с ростом объёма, занимаемого электронами. Следовательно, по периодам таблицы Менделеева поляризуемость уменьшается слева направо.
Магнитная поляризуемость
Магнитная поляризуемость, определяемая спиновыми взаимодействиями нуклонов, является важным параметром дейтеронов и адронов. В частности, измерение тензорной поляризуемости нуклонов предоставляет важную информацию о спин-зависимых ядерных силах. Метод спиновых амплитуд использует формализм квантовой механики для более удобного описания спиновой динамики. Векторная и тензорная поляризация частицы/ядра со спином S ≥ 1 задаются единичным вектором поляризации и тензором поляризации P’. Дополнительные тензоры, составленные из произведений трех и более спиновых матриц, требуются только для полного описания поляризации частиц/ядер со спином.