自旋哈密頓量的微觀解釋——“偽自旋”波函數(shù)方法.pdf

1、電子順磁共振(electron paramagnetic resonance)，簡稱EPR，是由不配對電子的磁矩發(fā)源的一種磁共振技術(shù)，可用于從定性和定量方面檢測物質(zhì)原子或分子中所含的不配對電子，并探索其周圍環(huán)境的結(jié)構(gòu)特性。電子順磁共振的原因主要是由于電子的自旋，所以，電子順磁共振也稱為“電子自旋共振(ESR)”。EPR技術(shù)至今已在物理學、半導體、有機化學、絡合物化學、輻射化學、化工、海洋化學、催化劑、生物學、生物化學、醫(yī)學、環(huán)境科學、地

2、質(zhì)探礦等許多領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應用。
　　 作為對EPR實驗的理論描述最有力的工具-自旋哈密頓理論，是二十世紀五十年代由英國劍橋?qū)W派創(chuàng)立的。在自旋哈密頓理論中，EPR可以由零場分裂(ZFS)參量和g因子(gfactor)描寫。由于自旋哈密頓參量與晶體結(jié)構(gòu)、晶體中電子結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)，所以對其理論上的研究具有非常重要的理論和實際意義。
　　 目前為止，理論上對自旋哈密頓參量進行計算有兩種方法：完全對角化方法(CDP)和微擾法(

3、PTM)。然而，對自旋哈密頓參量所進行的理論上的計算并不令人十分滿意。這主要表現(xiàn)在下面幾個方面：
　　 1．在對自旋哈密頓參量的計算中，對ZFS參量的計算和對g因子的計算并沒有在統(tǒng)一的計算方案內(nèi)進行。
　　 2．由于各種計算采用了特殊的近似，所以其收斂性、適用范圍都是有限的。
　　 3．在比較精確的CDP中，對g因子的計算是有問題的，具體地說，這種計算是不合理的（見第四章）。
　　 本課題在對自旋哈密頓進

4、行深入細致的研究基礎(chǔ)上，對ZFS和g因子提出一個合理的統(tǒng)一的微觀解釋。主要結(jié)果如下：
　　 1．詳細地研究了在CDP中對g因子的計算。發(fā)現(xiàn)CDP中對g因子的計算是不合理的。盡管這種方法被許多研究者廣泛使用。
　　 2．我們提出一個新的方法-等效波函數(shù)方法（或“偽自旋”波函數(shù)方法）。該方法能夠?qū)λ械倪^渡金屬離子(3di～3d9)的ZFS和g因子作出統(tǒng)一的微觀解釋，不但考慮了高自旋態(tài)的影響，而且考慮了所有的低自旋態(tài)的影響。

5、而且，定量的數(shù)值計算表明，該方法的收斂性、適用范圍都比目前已有的方法要好得多。
　　 3．用我們提出的等效波函數(shù)方法，對Ni2+(3d3)、Co3+(3d7)、V3+(3d2)、Mn2+(3d5)、Fe3+(3d5)、V2+(3d3)、Cr3+(3d3)、Cr2+(3d4)、Fe2+(3d6)等過渡金屬離子在不同的化合物中的自旋哈密頓參量作了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明，過渡金屬離子的光譜、順磁共振實驗可以在晶場場理論或分子軌道框架內(nèi)作