分子轨道下3d(V)离子哈密顿矩阵公式及在半磁半导体ZnS中的应用

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本文采用强场图像处理三角对称晶场d2，d8电子组态的完全能量哈密顿矩阵元(45×45)，并且考虑了共价效应的影响。采用了分子轨道方法，计算包括了自旋，晶场，旋轨耦合三种相互作用在内的哈密顿矩阵。并运用MATLAB程序语言对角化完全能量矩阵，对V3+在ZnS晶体中的吸收光谱进行了具体的计算。虽然，对于d2，d8电子组态的吸收光谱的理论计算已有不少工作，但已有的工作大多是基于立方对称下推导的基函数并在此基础上考虑能级计算时，先把无晶场位的哈密顿矩阵对角化，求得谱项能级和谱项波函数，然后把晶场位Vcf作为微扰，将各谱项的点群不可约表示进行分解，再计算晶场能级求得的能量哈密顿即利用弱场图像处理。采用的模型大多是点电荷偶极子模型。此模型将配体离子是作为经典电荷处理。为了对配体离子旋轨耦合作用进行考察，我们在处理旋轨耦合作用时，放弃了点电荷-偶极子模型，采用了另外一套办法。把晶体中的络离子的外层未满壳层电子，化为量子力学体系处理，它们的电子云与中心金属离子的电子云要发生重迭，也就是说，配体的轨道要参与成键。将配体离子作为量子体系处理，即用分子轨道来计算旋轨偶合作用.在计算能级时，采用强场图像处理。
　　最近，四川师范大学副教授谢林华利用点电荷-偶极子模型研究了离子族局部Td对称结构与晶场参量的关系，并基于半自洽场d轨道和完全对角化方法，从局部结构解释了V3+在ZnS的吸收光谱，采用的模型是赵等人提出的B和C(Racah)，Dq以及ζd四个参量进行谱线拟合。而在本文中，应用分子轨道波函数，Racah参量变为A1，A2，A3，B1，B2，B3，B4，C1，C2，C3，CF参量变为Dq1，Dq2，SO参量变为ζ1ζ2。
　　本文通过推导三角对称下的d2，d8电子组态的强场哈密顿矩阵，再将其退化到立方场中计算了V3+在ZnS晶体中的吸收光谱。并且讨论了共价因子的不同给晶场、静电相互作用和自旋-轨道(SO)耦合作用矩阵元带来的影响。这样做有如下意义：其一，证明本文所求出的完全能量哈密顿矩阵公式的正确性。其二，学会了运用该哈密顿矩阵公式来处理具体物质的总体思路和基本方法。其三，表明了赵敏光等人提出的参量化d轨道用于分子轨道的计算所得的结果，与用自洽场波函数所得的结果很接近。

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作者
李大雄;
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作者单位

四川师范大学;

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授予单位四川师范大学;
学科凝聚态物理
授予学位硕士
导师姓名周一阳;
年度 2010
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类晶体的电学性质;
关键词
分子轨道; 强场图像; 半磁半导体; 哈密顿矩阵; ZnS晶体;

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