論文の概要: Unconventional Chemical Bonding of Lanthanide-OH Molecules
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.14698v1
- Date: Sun, 20 Apr 2025 18:22:03 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-29 20:39:09.41695
- Title: Unconventional Chemical Bonding of Lanthanide-OH Molecules
- Title（参考訳）: ランタニド-OH分子の異種化学結合
- Authors: Jacek Kłos, Eite Tiesinga, Lan Cheng, Svetlana Kotochigova,
- Abstract要約: ランタニドモノヒドロキシド (Ln-OH) 分子の線形平衡領域近傍における低定位断熱相対論的電子状態について検討した。
最も低いエネルギー状態は、それぞれDyOH と ErOH に対して $|Omega|=15/2$ および 1/2 である。
全電子角運動量は、保存された良好な近似であり、両方の三原子分子に対して量子数は15/2である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.24999074238880487
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: We present a theoretical study of the low lying adiabatic relativistic electronic states of lanthanide monohydroxide (Ln-OH) molecules near their linear equilibrium geometries. We focus on heavy, magnetic DyOH and ErOH relevant to fundamental symmetry tests. We use a restricted-active-space self-consistent field method combined with spin-orbit coupling as well as a relativistic coupled-cluster method. In addition, electric dipole and magnetic moments are computed with the self-consistent field method. Analysis of the results from both methods shows that the dominant molecular configuration of the ground state is one where an electron from the partially filled and submerged 4f orbital of the lanthanide atom moves to the hydroxyl group, leaving the closed outer-most 6s$^2$ lone electron pair of the lanthanide atom intact in sharp contrast to the bonding in alkaline-earth monohydroxides and YbOH, where an electron from the outer-most s shell moves to the hydroxyl group. For linear molecules the projection of the total electron angular momentum on the symmetry axis is a conserved quantity with quantum number $\Omega$ and we study the polynomial $\Omega$ dependence of the energies of the ground states as well as their electric and magnetic moments. We find that the lowest energy states have $|\Omega|=15/2$ and 1/2 for DyOH and ErOH, respectively. The zero field splittings among these $\Omega$ states is approximately $hc\times 1\,000$~cm$^{-1}$. We find that the permanent dipole moments for both triatomics are fairly small at 0.23 atomic units. The magnetic moments are closely related to that of the corresponding atomic Ln$^+$ ion in an excited electronic state. We also realize that the total electron angular momentum is to good approximation conserved and has a quantum number of 15/2 for both triatomic molecules.
- Abstract（参考訳）: ランタニドモノヒドロキシド (Ln-OH) 分子の線形平衡領域近傍における低定位断熱相対論的電子状態について理論的研究を行った。
我々は、基本対称性試験に関連する重い磁性DyOHとErOHに焦点を当てる。
我々は、スピン軌道結合と相対論的結合クラスタ法を組み合わせた制限されたアクティブ空間自己整合場法を用いる。
また、自己整合場法により電気双極子と磁気モーメントを算出する。
両方の方法から得られた結果から、基底状態の主分子配置は、ランタノイド原子の部分的に充填された4f軌道からの電子がヒドロキシル基に移動し、最外側の6s$^2$ローネ電子対がアルカリ-希土類一水酸化物とYbOHの結合と鋭く無傷で残される場合であり、最も外側のs殻からの電子がヒドロキシル基に移動する場合である。
線形分子の場合、対称性軸上の全電子角運動量の射影は量子数$\Omega$の保存量であり、基底状態のエネルギーとそれらの電気的および磁気的モーメントの多項式$\Omega$の依存性を研究する。
最も低いエネルギー状態は、それぞれDyOH と ErOH に対して $|\Omega|=15/2$ および 1/2 である。
これらの$\Omega$状態のゼロフィールド分割は、およそ$hc\times 1\,000$~cm$^{-1}$である。
両三原子の恒久的双極子モーメントは0.23原子単位でかなり小さい。
磁気モーメントは励起電子状態における対応する原子Ln$^+$イオンと密接に関連している。
また、全電子角運動量は、保存された良好な近似であり、両方の三原子分子に対して量子数が15/2であることも認識している。
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