論文の概要: On the Origins of Spontaneous Spherical Symmetry-Breaking in Open-Shell Atoms Through Polymer Self-Consistent Field Theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.14507v1
• Date: Thu, 29 Sep 2022 01:54:26 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-24 17:04:39.657541
• Title: On the Origins of Spontaneous Spherical Symmetry-Breaking in Open-Shell Atoms Through Polymer Self-Consistent Field Theory
• Title（参考訳）: 高分子自己持続場理論による開殻原子の自発球面対称性ブレーキングの起源について
• Authors: Phil A. LeMaitre and Russell B. Thompson
• Abstract要約: 密度汎関数論への別のアプローチは、中性原子水素を基底状態のネオンに応用する。 原子殻構造の自然発生と全電子密度の球対称破砕はモデルにより予測される。 このモデルは、最初の6つの要素の原子結合エネルギーと密度プロファイルについて、ハートリー・フォック理論と良好な一致を示している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: An alternative approach to density functional theory based on self-consistent field theory for ring polymers is applied to neutral atoms hydrogen to neon in their ground states. The spontaneous emergence of atomic shell structure and spherical symmetry-breaking of the total electron density is predicted by the model using ideas of polymer excluded-volume between pairs of electrons to enforce the Pauli-exclusion principle, and an exact electron self-interaction correction. The Pauli potential is approximated and correlations are neglected, leading to comparisons with Hartree-Fock theory, which also ignores correlations. The model shows excellent agreement with Hartree-Fock theory for the atomic binding energies and density profiles of the first six elements, providing exact matches for the elements hydrogen and helium. The predicted shell structure starts to deviate significantly past the element neon and spherical symmetry-breaking is first predicted to occur at carbon instead of boron. The self-consistent field theory energy functional which describes the model is decomposed into thermodynamic components to trace the origin of spherical symmetry-breaking. It is found to arise from the electron density approaching closer to the nucleus in non-spherical distributions, which lowers the energy despite resulting in frustration between the quantum kinetic energy, electron-electron interaction, and the Pauli exclusion interaction. The symmetry-breaking effect is also found to have minimal impact on the binding energies. The pair density profiles display behaviour similar to polymer macro-phase separation, where electron pairs occupy lobe-like structures that combined together, resemble traditional electronic orbitals. It is further shown that the predicted densities satisfy known constraints and produce the same total electronic density profile that is predicted by quantum mechanics.
• Abstract（参考訳）: リングポリマーの自己整合場理論に基づく密度汎関数論への別のアプローチは、その基底状態にある中性水素原子に適用される。 原子殻構造の自然発生と全電子密度の球対称破砕は、パウリの排他原理を強制するために一対の電子間で排除体積のポリマーのアイデアと正確な電子自己相互作用補正を用いて予測される。 パウリポテンシャルは近似され、相関は無視され、相関も無視するハートリー・フォック理論と比較される。 このモデルは、最初の6つの元素の原子結合エネルギーと密度プロファイルについてhartree-fock理論とよく一致しており、水素とヘリウムの元素と正確に一致する。 予測されたシェル構造はネオン元素をはるかに通過し始め、球面対称性の破れは最初にホウ素の代わりに炭素で起こると予測される。 モデルを記述する自己整合場理論エネルギー汎関数は、球対称破壊の起源を辿るために熱力学成分に分解される。 非球面分布の核に近づいた電子密度は、量子力学エネルギー、電子-電子相互作用、パウリの排他的相互作用の間にフラストレーションをもたらすにもかかわらずエネルギーを低下させる。 対称性破壊効果は結合エネルギーへの影響も最小限である。 対密度プロファイルは、電子対が結合したローブのような構造を占有する高分子マクロ相分離と同様の挙動を示す。 さらに、予測密度は既知の制約を満たし、量子力学によって予測されるのと同じ電子密度プロファイルを生成することが示される。

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