Файл: Джадд Б. Теория сложных атомных спектров.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 124

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Гл. 7. Квазичастичная схема

65

7.2. Связывание конфигураций внутри ^-оболочки

Конфигурации /гіѴ очень помогли нам тем, что указали

направ­

ление поиска; но дальнейшее исследование лучше проводить для более простой g-оболочки. Оператор Ag, который связывает между

собой

конфигурации gN при

АУѴ = 0,

± 4 , позволяет

объединить

конфигурации ^-оболочки в группы (g0,

g'L, gs) и (g2,

ge)

и эквива­

лентные им группы (g9 , g5 , g)

и (g1, g3).

Поскольку

в

спин-вверх-

пространстве конфигурации g0

и gs имеют только сннглетные термы

5 и G соответственно, то собственные значения оператора е8 для

всех

термов конфигурации g'k,

кроме

термов при L = 0 или 4, не

должны возмущаться оператором Ag. Из табл. V I видно, что остаю­ щиеся термы конфигурации g!i можно сопоставить трем собствен­ ным значениям оператора ед

<е^> =

- 3 3

 

: D

 

<eg} = -

 

9-.FNIK,

 

(egy =

 

\5:D4'LN.

 

Для комбинированного оператора

 

eg+Ag,

который будем полагать

эрмитовым, можно составить следующие матрицы:

<g°s\

О

 

а

 

<g*S\\

а*

- 1 8

 

,g*oy

 

{g-Ю'У

|g*0>

<g'G\

2

 

0

b

<g5G'<\

0

 

- 2 9

с

<g8G\

b*

 

с*

0

Вне зависимости от значений чисел a, b и с видим, что сумма энергий двух 5-термов должна равняться —18-и сумма энергий трех G-термов должна равняться —27. Примечательно, что эти суммы связаны с суммами отдельных корней (—'33, —9, 15), так как

О - 18 = - 3 3 + 1 5 , 2 — 29+0= — 33 —9 + 15.

При условии, что не возникнет никаких трудностей при подборе

значений чисел а, Ь, с, мы можем сразу

заключить, что собствен­

ные значения оператора

eg + Ag

должны

быть следующими:

< ^ + Д г > = - 3 3 : 5 £ > 0 ,

 

< е ? + Д г > = -

9-.FGH/K,

<eeg)

=

-\5:SD'GTLN.

5 За к. Лг» 279


66

Б. Джадд. Теория атомных спектров

 

 

Таким образом, мы не только смогли приписать все термы кон­

фигураций g0 ,

g!l и g8

всего

лишь трем собственным значениям

оператора eg+Ag,

но также смогли распределить значения

L B

очень

простые последовательности. Так, термы SDG— это синглеты

для

электронной конфигурации d2;

термы FGHIK

— синглеты

для

кон­

фигурации dh;

термы

SDGILN

— синглеты

конфигурации

2.

Все

термы вместе совершенно замечательным образом оказались синглетами набора смешанных конфигураций, которые традиционно обозначают символом (d-\-h)2.

Подобным же образом можно исследовать термы максимальной мультиплетности конфигураций g2 и gß, значения L для которых будут PFHK и PF2GNІКМ соответственно. Все получаемые диаго­ нальные суммы согласуются со следующими собственными значе­

ниями оператора eg + Ag:

 

 

 

33:

PF,

<es+\>

9 :

FGHIK,

 

15:

PF И KM.

Сразу же поражает факт, что указанные три последовательно­

сти значений L представляют

собой

значения L для триплетов

электронных конфигураций d2, dh и h2. Таким образом, вместе они являются триплетами конфигураций (d + li)2.

Конечно, пока мы не можем сказать, можно ли действительно подобрать такие недиагональные матричные элементы оператора egg, чтобы обеспечить появление требуемых собственных зна­ чений. Однако, обнаружив удивительный факт объединения термов в описанные последовательности, который важен сам по себе, мы можем пока не беспокоиться об этом. Немедленного решения тре­ бует другая проблема: в чем причина обнаруженной нами связи

между термами конфигураций

{d + h)2 и термами максимальной

мультиплетности конфигураций

gN?

7.3. Полуцелочисленные представления

Естественно, или по крайней мере достаточно разумно, попы­

таться взглянуть на

комбинацию d + h как на базисную для неко­

торого представления

группы Яз, которое связано с представлением

какой-то другой более широкой группы, которую можно использо­ вать для классификации состояний g-оболочки. Очевидно, при этом

можно взять группу Яэ и ее полуцелочисленное

представление

(ѴгѴзУгѴз), так как размерность последнего

(равная

24) в точности

равна сумме 5+11. Правила ветвлений

при

сужении

Яд-^-Яз мо­

жно фиксировать, требуя, чтобы (1000)

>-G. С чисто

геометричес­

кой точки зрения мы имеем девять

весовых векторов

 

 

 

 

 

 

(±1000), (0 ± 100), (00 ± 10),

(000

± 1), (0000),


Гл. 7. Квазичастичная схема

67

которые должны давать девять равноудаленных одна от другой то­ чек при проектировании их на прямую линию, представляющую одномерное весовое пространство группы Яз. Такой прямой будет линия с направляющими косинусами:

 

 

 

[ 4 / ѵ Ш

3 / И Щ

2/1/(30),

ііѴШ].

 

 

Шестнадцать

весовых

 

векторов

(±7г, ±lk,

±7г, ±7г)

теперь

очень легко

спроектировать

на

указанную

прямую.

Проекции

с точностью

до множителей

(30)~'

равны ± 5 ,

± 4 , ± 3 ,

± 2

(два­

жды),

± 1

(дважды)

и 0

(дважды). Эти точки

не что

иное, как

весовая

комбинация d + h;

следовательно, неприводимое

представ­

ление

(ѴгѴгѴзѴг) группы

Rg действительно

распадается

на два

представления D2 и D 5

группы Яз.

 

 

 

(d+h)z,

очевидно,

Продолжим наш анализ дальше. Структура

должна

соответствовать

квадрату

рассматриваемого представле­

ния ( Ѵа Ѵг Ѵг Ѵг) 2 , которое имеет разложение

 

 

 

 

 

 

 

(0000)+(1000)+(1100)+(1110) + (1111);

 

 

несколько

другой (более

общий)

результат упоминался

в разд. 5.4

для группы вращений четного числа измерений. Эти пять представ­

лений, взятые в

приведенном порядке,

в точности оказываются

представлениями,

которые

связаны

с

термами

максимальной

мультнплетности

конфигураций g0, gs,

g2,

g6

и g 4

(или

соответст­

венно g9 , g, g7, g3

и g5 ). Проверка по размерности

дает:

 

 

162 =14-9+364-844-126.

 

 

 

Из пар 16 объектов можно образовать

136

симметризованных и

120 антисимметризованных

произведений.

Их

можно

составить

из чисел, появляющихся в правой части последней формулы только одним способом:

 

 

 

136 =

1+94-126,

120=36+84,

 

так что представления

(0000), (1000) и (1111) образуют симмет­

ричную часть

произведения ( Ѵг Ѵг Ѵа Ѵг) 2 , а представления

(1100)

и (1110)

его

антисимметричную часть. При четном N

первые

три представления соответствуют

конфигурациям g0 , gs и g4 . Эти

конфигурации

должны

иметь, таким образом, те же самые

значе­

ния L , что и симметричная часть конфигурации (d + h)2, т. е. синг­ леты этих электронных конфигураций. Это согласуется с резуль­

татом, полученным нами выше. Подобным

образом конфигурации

g2 и g6 соответствуют антисимметричным

состояниям конфигура­

ций (d + h)2, т. е. триплетным.

 

5*


68

Б. Джадд. Теория атомных спектров

 

 

7.4.

Факторизация

В разд. 7.2 и 7.3 мы немного отвлеклись от нашего основного

направления

исследования. Сейчас пришло время

заняться более

конкретной интерпретацией полученных результатов. Наше исход­ ное положение здесь — это очевидная факторизация спии-вверх- пространства (соответственно четным и нечетным N) на два оди­ наковых пространства, каждое из которых характеризуется эле­ ментарными полуцелыми представлениями группы RIM. Поскольку все термы конфигурации /і Ѵ можно образовать путем связывания орбитальных моментов спин-вверх-пространства и спин-вниз-про- странства, мы, таким образом, приходим в результате к четырех­ кратной факторизации полного пространства атомной оболочки.

Однако так же, как расщепление полного

пространства оболочки

на спнн-вверх-пространство

и сппн-внпз-пространство

требует от­

каза от квантового числа

S, дальнейшее

разбиение

самих спин-

вверх- и спин-вниз-пространств требует, чтобы исключалось из рас­ смотрения квантовое число N, которое уже не может быть хоро­ шим квантовым числом. Это ясно из анализа ^-оболочки, для которой были построены матрицы, связывающие, например, S-co- стояния конфигураций g и g4 .

Отказ от квантового числа полного числа частиц (т. е. от кван­ тового числа JV) является характерной чертой теории квазичастнц, которая была развита в теории ядра [24] и в теории сверхпро­ водимости [25]. Характерным моментом в такого рода теориях яв­ ляется возможность построения линейных комбинаций операторов рождения а* и операторов уничтожения ajj', где т]' — обращенное во времени состояние для состояния т). Мы не можем здесь посту­ пать в точности, как в упомянутой теории, поскольку ms = L/2 пере­ ходит в ms = —Ѵг при обращении времени, и поэтому новые квазичастичиые операторы рождения и уничтожения не оставляют инва­ риантным спин-вверх-пространство и спин-вниз-пространство. Однако мы можем обратить во времени только проекцию ти не трогая проекции tns, и изучать линейные комбинации операторов рождения и уничтожения вида

При этом можно сделать интересное наблюдение. Комбинация опе­

раторов

при

U = V строго

антикоммутирует

с комбинацией при

U' = —V.

В

этом причина

возможности

факторизации спин-вверх-

II спин-вниз-пространств.

 

 

 

При выборе соответствующей нормировки мы получаем соотно­

шения

 

 

 

 

 

 

 

Х+=1/]/2

[aî,im+(-\)l-ma4l-m],

 

 

= 1 /1/2

[atum - ( - 1

" Ч ,

-m],


 

 

Гл. 7. Квазичастчная

схема

 

 

69

 

ѵ+ =

1 /1/2

 

[аѢ,*п+(-\)1-та-Чг-т],

 

 

 

Û = \IV~2

 

[aL4tm-{-!)'-па-Чі-т];

 

 

здесь m — краткое

обозначение

для

і щ . Фазовый

множитель

(—1)*-™ введен в формулы,

чтобы операторы Ѳ +

при Q =

X, u., ѵ

и g являлись компонентами

тензорного

оператора

6f

ранга

/. Все

компоненты

одного

тензорного onepaTopaOf коммутируют

с ком­

понентами

любого

из .трех

остальных тензорных операторов 0+ ,

так что всего можно построить

четыре

разных пространства.

Нам необходимо провести теперь некоторые простые вычисле­ ния. Прежде всего положим, что

o m = ( - i / - " ' ö - „ „

а затем проверим, являются ли операторы Ѳто компонентами тен­ зорного оператора Ѳ ранга I. Далее, как легко непосредственно до­ казать, существуют соотношения

0 = Ѳ+(Ѳ = Х, ѵ),

0 = —0+(Ѳ = (х, £).

Компоненты связанного тензорного произведения A A(ö + 6)(FT)не­ четного ранга k, как можно легко показать, удовлетворяют тем же самым перестановочным соотношениям, что и компоненты тензор­ ных операторов V(ft) (которые с использованием обозначений разд. 5.3 идентичны тензорным операторам — Х( 0 0 , і >). Отсюда сле­ дует, что можно найти такую новую подгруппу группы /?и+4 [см. пункт (2) в разд. 5.3], что для нее будет справедливо соотношение

R&1+« =з Rh+, X Rn+1X

+ 1 X Rh+. ;

здесь верхние индексы обозначают четыре пространства 0. Как легко непосредственно проверить, для нечетных k справедлива формула

v ( f t ) = 1 / 2 [ ( x t x ) W + ( [ i V ) W +

( v t v ) W _ { _ ( ^ ) ( f t , L

так что четверное прямое произведение должно содержать в ка­ честве подгруппы группу Rii+i, о которой шла речь в п. (4) разд. 5.3:

 

 

Rli+iX

Rïi+i X Rh+1X

Яя+1 => Rn+1 -

Чтобы

теперь установить связь с

рассуждениями из разд. 7.2

и 7.3,

надо только

показать,

что

неприводимое

представление

группы

F,

необходимое для классификации состояний конфигу­

рации

будет представлением

(V2V2 ••• Уг). Вес

представления