Теоретики решили задачу о релятивистской неметалличности золота

Физики из Новой Зеландии, Словакии, Израиля и Голландии добились рекордной точности предсказания электронных особенностей атома золота посредством способов квантовой химии. Ученые предсказали значение первого потенциала и электронного сродства ионизации с точностью в единицы миллиэлектронвольт — на порядок лучше, чем в прошлых работах. Сложность расчетов связана с релятивистскими энергиями электронов золота, требующих поправок из области особой теории относительности.

Изучение размещено в издании Physical Review Letters, коротко о нем информирует Physics.

Современные способы квантовой механики разрешают с громадной точностью вычислить электронные особенности маленьких атомов — для водорода расхождение между теоретическими расчетами и экспериментальными данными образовывает триллионные доли электронвольта, для большинства ионов с маленьким числом электронов — порядка тысячных долей электронвольта. Но с перемещением вниз по таблице Менделеева сложность расчетов возрастает.

В частности, появляется серьёзный фактор — релятивистское сжатие. Из-за большого заряда ядра атома внешние электроны владеют кинетической энергией, которая соответствовала бы околосветовым скоростям. Это, со своей стороны, требует особых поправок, каковые грубо возможно обрисовать как кажущееся уменьшение массы радиуса и увеличение «электрона» его орбитали.

Эти поправки приводят к важным трансформациям в особенностях материалов, с которыми возможно встретиться в повседневной судьбе. К примеру, благодаря релятивистским эффектам цезий и золото — желтые, а ртуть — жидкая. Помимо этого, эти эффекты сказываются на химических особенностях веществ: сродство («рвение») золота к электрону выясняется сопоставимым с таковым у обычных неметаллов — галогенов.

Вследствие этого выясняются стабильными ауриды щелочных металлов, в которых ионизированное отрицательно заряженное золото играет роль аниона (как хлор в хлориде натрия).

Попытки теоретически обрисовать такое громадное сродство к электрону дают результаты, не совпадающие с опытом. Неточность расчетов образовывает сотые а также десятые доли электронвольта (экспериментально определенное сродство образовывает 2,3086 электронвольта). Авторы новой работы увеличили точность расчетов и добились расхождения между экспериментом и теорией в тысячные доли электронвольта. 

В собственных расчетах физики применяли способ связанных кластеров, учитывающий корреляции между пятерками электронов оболочки атома и возбужденные состояния этих кластеров. До этого в расчете учитывались только тройки и пары электронов. Расширение до пятёрок и четвёрок соответствовало большому повышению вычислительной сложности задачи.

Помимо этого, авторы учитывали вклады эффектов квантовой электродинамики, к примеру, лэмбовский сдвиг, вызванный квантовыми флуктуациями вакуума. Его величина была около 26 миллиэлектронвольт.

В следствии физикам удалось вычислить потенциал ионизации золота (энергия, нужная для отрыва электрона) с неточностью в 3,2 тысячных электронвольта, а энергию сродства к электрону — с неточностью в 1,4 тысячных электронвольта. 

Релятивистские эффекты проявляются не только на атомарном уровне. К примеру, как узнала интернациональная несколько физиков при участии русских ученых, они смогут оказывать влияние на особенности сверхпроводников. Более известными проявлениями эффектов уже неспециализированной теории относительности есть потребность орбиты и прецессия Меркурия вводить поправки при определении положений спутников на околоземных орбитах. 

Создатель: Владимир Королёв

Случайные записи:

• Чечня: инновационное предпринимательство получит активную поддержку
• Гуру бизнеса делятся секретами своих достижений

Импульс и энергия в релятивистской механике. Физика

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Теоретики выбили из пластика гамма-лучи

  Физики под управлением Алексея Арефьева из Университета Техаса в Остине предложили новую схему для получения интенсивных пучков гамма-лучей. В…

• Наночастицы золота с антибиотиком

  Результатом совместных изучений ученых из Индии и Великобритании стала разработка несложного способа синтеза наночастиц золота, содержащих антибиотики….

• Наночастицы золота превратят деревья в уличные фонари

  Городу никак не обойтись без уличных фонарей, поскольку как раз они освещают отечественную дорогу к себе, и делают улицы надёжными по ночам. Но что в…

• Как квантовая физика меняет мир

  Квантовая физика трудится с изучением поведения самых мелких вещей в отечественной Вселенной: субатомных частиц. Это довольно новая наука, только в…