Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Надыкто Б.А. -> "Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2" -> 7

Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 - Надыкто Б.А.

Надыкто Б.А., Темофеева Л.Ф. Плутоний Фундаментальные проблемы Том 2 — Саров, 2003. — 212 c.
Скачать (прямая ссылка): plutoniyfundamentalnieproblemit22003.djvu
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 < 7 > 8 9 10 11 12 13 .. 159 >> Следующая


циальных ям. Последние воспринимают стремление множества атомов объединиться в периодическую структуру и становятся коллективизированными, перемещаясь по всему кристаллу. Если посмотреть на этот процесс с другой точки зрения, можно сказать, что атомы в твердом теле расположены настолько близко друг к другу, что отдельные орбитали 3 s электронов перекрываются с орбиталями соседних атомов. В результате отдельный электрон способен “перескакивать” от одного соседа к другому по всей кристаллической решетке.

На рис. 5 также показано, что в случае двух атомов сумма и разность перекрывающихся атомных 3 s орбиталей

образуют связывающие и антисвязывающие молекулярные орбитали двухатомной молекулы. В твердом теле 3 s орбиталь каждого узла решетки объединяется со всеми остальными во всевозможные линейные комбинации, образуя набор состояний Блоха, который в твердом теле является эквивалентом молекулярных орбиталей. Каждое состояние Блоха проходит по всему кристаллу и точно так же, как молекулярная орбиталь, оно может быть занято максимум двумя электронами: одним со спиновым моментом, направленным вверх, вторым- со спиновым моментом, направленным вниз. На рис. 5 показан одномерный вариант состояния Блоха. Оно

образовано 3 s волновыми функциями, модулированными в каждом узле атома плоской волной. Поскольку электрон в состоянии Блоха может с определенной вероятностью находиться в любой точке кристалла и способен проводить электричество, когда приложено электрическое поле, то он называется электроном проводимости.

Хотя все IO23 состояний Блоха имеют несколько разные энергии (таким образом удовлетворяя принципу запрета для фермионов), уровни расположены настолько близко друг к другу, что мы считаем их непрерывными и рассматриваем число энергетических уровней на единицу энергии или плотность со-

300

Los Alamos Science Number 26 2000
Плутоний и его сплавы

Рис. 6. Перекрывающиеся энергетические зоны в актиноидах

Валентные 7s, 6d, 5f и 7р уровни изолированных атомов актиноидов довольно близки по энергии и образуют перекрывающиеся энергетические зоны, когда атомы конденсируются в твердые вещества. Ширина каждой зоны пропорциональна степени перекрытия волновых функций соседних атомов. Степень перекрытия убывает от s и р орбиталей к d, а затем к f орбиталям, поэтому sp зона шире, чем d зона, a d зона шире, чем f зона, f зона сжимает энергетические уровни для всех блоховских состояний f электрона до очень узкого энергетического интервала приблизительно от 2 до 4 эВ, что ведет к высокой плотности состояний. В уране, нептунии и плутонии на один атом приходится достаточное число 5f электронов, поэтому при формировании связей доминирует f зона. Елоховские состояния с одинаковым волновым вектором, но с разным типом орбиталей могут гибридизо-ваться или перемешиваться, образуя состояния со смешанным типом орбиталей

стояний в зоне проводимости. Энергия Ферми - это энергия верхнего занятого уровня в элементе при абсолютном нуле. В металле уровень Ферми расположен в середине энергетической зоны, поэтому существует множество незанятых состояний при энергиях, близких к энергиям занятых уровней.

Одним из важных свойств энергетической зоны является ее ширина. На рис. 5 показано, что ширина зоны приблизительно равна разности между связывающими и антисвязывающими энергетическими уровнями двухатомной молекулы, которая пропорциональна степени перекрытия орбиталей соседних атомов. Таким образом, при сближении атомов энергетическая зона становится шире. Верхняя и нижняя границы каждой зоны (определяющие ширину) представляют наиболее связывающие и наименее связывающие блоховские состояния. Этот факт (не очевидный из рисунка) может быть подтвержден радиальной протяженностью блоховских волновых функций. Эти радиальные протяженности наибольшие для состояний внизу зоны и наименьшие для состояний вверху зоны.

В легких актиноидах структура энергетической зоны становится более сложной (см. рис. 6). Четкие валентные 7s, 6d и 5f уровни изолированного атома актиноида настолько близки по энергии, что в металле они расширяются до перекры-

вающихся зон проводимости. (В то же время блоховские состояния с одинаковой энергией, но с орбиталями разных типов могут образовывать комбинации или гибриды, формируя СОСТОЯНИЯ CO смешанным типом орбиталей.) Рис. 6 указывает на то, что ширина зоны уменьшается с увеличением углового момента орбитали (от s, р, d до f электронов). Такое сужение отражает сокращение радиальной протяженности орбиталей с большим угловым моментом или (что одно и то же) уменьшение перекрытия между соседними атомами.

На рисунке 4(6), полученном в результате расчетов из первых принципов сотрудниками Лос-Аламосской лаборатории Хейем и Мартином, отчетливо показано, что радиальная протяженность для валентных 6d и 5f электронов значительно меньше, чем для 7s и 7р электронов. На рис. 7 видно, что 7s орбитали соседних атомов плутония почти полностью перекрываются, в результате чего получается широкая энергетическая зона, в то время как 5f орбитали перекрываются незначительно и образуют относительно узкую энергетическую
Предыдущая << 1 .. 2 3 4 5 6 < 7 > 8 9 10 11 12 13 .. 159 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed