ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 124
Скачиваний: 0
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, |
||
<ee+àg) |
= |
-\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 |
/г2. |
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 eg+àg, 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)~'/а |
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 |