Mục tiêu của luận văn Tính toán phổ năng lượng cho nguyên tố nặng Rubidi (Rb) và Stronti (Sr) là tính toán phổ năng lượng cho nguyên tố nặng Rubidi (Rb) và Stronti (Sr) và so sánh kết quả thu được với thực nghiệm. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Đào Thị Thanh Mai TÍNH TỐN PHỔ NĂNG LƯỢNG CHO NGUN TỐ NẶNG RUBIDI VÀ STRONTI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Đào Thị Thanh Mai TÍNH TỐN PHỔ NĂNG LƯỢNG CHO NGUYÊN TỐ NẶNG RUBIDI VÀ STRONTI Chuyên ngành : Vật lí nguyên tử hạt nhân Mã số : 8440106 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐINH THỊ HẠNH Thành Phố Hồ Chí Minh - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu tơi thực Các kết trình bày luận văn trung thực chưa thực trước TP Hồ chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2018 Đào Thị Thanh Mai LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hồn thành luận văn, tơi nhận hướng dẫn tận tình với động viên nhiệt tình từ phía gia đình thầy cơ: Đầu tiên xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Khoa Vật Lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh truyền kiến thức suốt khóa học Vui lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin tỏ lòng biết ơn TS Đinh Thị Hạnh tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức kỹ nghiên cứu, tạo điều kiện thuận lợi để thực luận văn Đồng thời, xin cảm ơn Quý Thầy Cô giảng dạy lớp cao học Vật lý nguyên tử khóa 27 anh chị cán Phòng Sau Đại học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi tận tình giúp đỡ học viên trình thực luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình tơi thơng cảm, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành tốt chương trình cao học Tơi xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Chương PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ TÍNH PHỔ NĂNG LƯỢNG CHO NGUYÊN TỐ Rb 1.1 Phương pháp Hartree – Fock tương đối tính 1.2 Thế tương quan 10 1.3 Kết 13 Chương PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ TÍNH PHỔ NĂNG LƯỢNG CHO NGUYÊN TỐ Sr 15 2.1 Phương pháp Hartree-Fock tương đối tính 15 2.2 Phương pháp tương tác cấu hình (CI) cho electron 16 2.3 Kết hợp lý thuyết nhiễu loạn cho hệ nhiều hạt (MBPT) với phương pháp tương tác cấu hình (CI) 18 2.4 Kết 25 KẾT LUẬN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt HF Hartree-Fock Hartree-Fock RHF Relativistic Hartree-Fock Hartree-Fock tương đối tính CI Configuration interaction Tương tác cấu hình MBPT Many-body perturbation Lý thuyết nhiễu loạn nhiều hạt theory KÝ HIỆU r: vector bán kính r α, β : ma trận Dirac p: toán tử động lượng electron; p i DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các mức lượng cho trạng thái Rb Các giá trị dấu ngoặc đơn tỉ lệ phần trăm độ sai lệch giá trị tính tốn so với thực nghiệm 14 Bảng 2.1 Các mức lượng cho cấu hình Sr Các số dấu ngoặc đơn tỉ lệ phần trăm độ sai lệch giá trị tính tốn so với thực nghiệm 26 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Biểu đồ tương quan bậc hai 11 Hình 1.2 Rào Coulomb phân cực hạt nhân nguyên tử 12 Hình 1.3 Tương tác lỗ trống – hạt toán tử phân cực 12 Hình 1.4 Thế tương quan nhiều bậc 12 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Nghiên cứu ngun tố nặng hay tính tốn mức lượng nguyên tố hướng nghiên cứu thú vị nhiều quan tâm nhà khoa học Ngồi cơng trình lớn lý thuyết thực nghiệm vật lý hạt nhân có nhiều cơng trình lý thuyết vật lý ngun tử hóa học lượng tử với nỗ lực dự đốn tính chất hóa học ngun tố nặng, cấu trúc electron chúng phổ lượng [1,2] Quá trình khám phá nguyên tố thực hai mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm, thành công thực nghiệm thúc nhà vật lý lý thuyết phải nỗ lực không ngừng để chứng minh đắn thực nghiệm, có việc tìm hiểu phương pháp tính Phương pháp tính phổ lượng xây dựng dựa vào phương pháp Hartree-Fock tương đối tính [3] , phương pháp tương tác cấu hình CI [4] kết hợp lý thuyết hệ nhiễu loạn nhiều hạt (MBPT) [5] với hiệu chỉnh bao gồm tất bậc tương tác Coulomb sử dụng giản đồ Feynman phương pháp [6] Với tìm hiểu chúng tơi kết tính tốn tốt cho ngun tố có electron ngồi đạt cách sử dụng phương pháp Hartree-Fock tương đối tính (RHF) kết hợp với hiệu chỉnh bậc cao Ở đây, chúng tơi áp dụng phương pháp để tính tốn phổ lượng cho nguyên tố Rubidi (Rb), nguyên tố phát vào năm 1861 Robert Bunsen Gustav Kirchhoff khoáng vật lepidolit cách sử dụng phương pháp phân tích quang phổ Năm 1995, rubidi nghiên cứu để tạo ngưng tụ Bose-Einstein, với phát Eric Allin Cornell, Carl Edwin Wieman Wolfgang Ketterle giành giải Nobel vật lý năm 2001 Năm 1908 nhà khoa học Campbell, N R nghiên cứu đồng vị nguyên tố Lý thuyết nhiễu loạn cho hệ nhiều hạt kết hợp với phương pháp tương tác cấu hình CI (MBPT+CI) để bao gồm tương quan lõi-vỏ trở thành công cụ hiệu để tính tốn xác cho ngun tử có hai electron [7,8] Nguyên tử trình bày Hình 1.1 Biểu đồ tương quan bậc hai Sự che chắn tương tác Coulomb xét việc chèn vịng phân cực vào dịng Coulomb hình 1.2 Tương tác lỗ trống-hạt toán tử phân cực biểu diễn hình 1.3 Tất bậc tốn tử ˆ biểu diễn hình 1.4 Các tốn tử vẽ kỹ thuật giản đồ Feynman, che chắn tương 25 ji U IMU MJ EE M Q M U IMU MLU LJ (2) (3) M , LQ ( E E )( E E ) M L (2.36) Với : -U = V -V N tương tác thừa DF -Các số I J định định thức mơ hình khơng gian PCL -Chỉ số M L định định thức khơng gian Q ˆ số hạng bổ thấp (bậc hai) lý thuyết Ở đây, tính ˆ ( 2) vào (2.24), phương trình kết hợp nhiễu loạn mở rộng Thay phương pháp tương tác cấu hình CI lý thuyết nhiễu loạn cho hệ nhiều hạt MBPT: H J PCI IJ U IMU MJ CJ ECI M Q M EE Phương trình khác phương trình (2.14) số hạng ˆ (2) , å (2.37) số hạng đặc trưng cho tương quan liên quan đến electron lõi Như theo tính tốn cho thấy sử dụng phương pháp HF phương pháp tương tác cấu hình CI kết hợp với lý thuyết nhiễu loạn cho hệ nhiều hạt nguyên tố có hai electron hố trị cho ta kết tính tốn phổ lượng có độ xác cao 2.4 Kết Kết tính tốn chúng tơi cho ngun tố nặng Sr trình bày bảng 2.1 Chúng tơi trình bày cột CI với kết tính phương pháp tương tác cấu hình CI kết hợp với MBPT Bên cạnh đó, cột ˆ ( 2) kết chúng tơi có tính đến tương quan bậc hai, cột ˆ ( ) thể kết xét đến tương quan bậc cao Các số dấu ngoặc đơn tỉ lệ phần trăm độ sai lệch giá trị tính tốn so với thực nghiệm Đối với nguyên tố nặng Sr, phương pháp tương tác cấu hình CI cho ta độ sai lệch cao từ 3.4% đến 11.7% so với thực nghiệm Khi xét đến 26 tương quan bậc hai kết cải thiện, độ sai lệch giảm Ví dụ độ sai lệch cao 3.3% trạng thái 5s5p (J=0) thấp 0.5% ứng với trạng thái 5s6p (J=2) so sánh với thực nghiệm Ngồi ra, chúng tơi tính đến tương quan bậc cao độ xác so với thực nghiệm tăng lên Cụ thể hơn, độ sai lệch cao 2.5% trạng thái 4d5s (J=1) thấp 0.4% trạng thái 5s5p (J=1) Những cấu hình cịn lại độ sai lệch khoảng 0.4%, riêng cấu hình 4d5s độ sai lệch khoảng 2% cấu hình 5s6p (J=2) sai lệch vào khoảng 1% Bảng 2.1 Các mức lượng cho cấu hình Sr Các số dấu ngoặc đơn tỉ lệ phần trăm độ sai lệch giá trị tính tốn so với thực nghiệm Đơn vị: cm-1 Nguyên Trạng tử thái Sr J CI (2) () Thực nghiệm 5s2 0 0 5s5p 12680 (11.4) 14792 (3.3) 14264 (0.4) 14318 5s5p 12834 (11.5) 14983 (3.3) 14450 (0.4) 14504 5s5p 13158 (11.7) 15387 (3.3) 14843 (0.4) 14899 4d5s 18890 (4.0) 17916 (1.3) 17709 (2.5) 18159 4d5s 18907 (3.8) 17987 (1.3) 17770 (2.5) 18219 4d5s 18936 (3.4) 18107 (1.2) 17875 (2.4) 18319 5s6s 28015 (8.4) 30928 (1.1) 30423 (0.6) 30592 5s6s 26434 (8.9) 29404 (1.3) 28906 (0.5) 29039 5s6p 31126 (8.1) 34274 (1.2) 33690 (0.5) 33853 5s6p 31148 (8.0) 34286 (1.2) 33698 (0.5) 33868 5s6p 31221 (8.10) 34139 (0.5) 33393 (1.7) 33973 27 KẾT LUẬN Với lý thuyết kết tính tốn trên, nhận thấy phương pháp tính có ý nghĩa quan trọng việc tính tốn phổ lượng ngun tố “Tính tốn phổ lượng cho ngun tố nặng Rubidi (Rb) nguyên tố Stronti (Sr)” lần khẳng định tính ưu việt phương pháp Hartree-Fock tương đối tính, phương pháp tương tác cấu hình CI kết hợp với lý thuyết nhiễu loạn cho hệ nhiều hạt (MBPT), thuận lợi phương pháp tính kết hợp với bổ tương quan làm hạn chế phép toán phức tạp tăng độ xác phép tốn, nhờ ta thu số liệu tính tốn lý thuyết gần với kết thực nghiệm Cụ thể luận văn này, chúng tơi trình bày kết mức lượng cho nguyên tố nặng Rubidi (Rb) phương pháp Hartree-Fock tương đối tính (RHF) cịn ngun tố Stronti (Sr) chúng tơi áp dụng phương pháp Hartree-Fock tương đối tính (RHF) tương tác cấu hình CI kết hợp với lý thuyết nhiễu loạn cho hệ nhiều hạt (MBPT) Để tăng độ xác chúng tơi đưa vào bổ tương quan Với độ xác cho thấy phương pháp khơng hiệu áp dụng tính phổ lượng cho nguyên tố siêu nặng mà cho kết đáng tin cậy nguyên tố nặng Vì vậy, việc mở rộng phương pháp để tính tốn cho ngun tố bảng tuần hồn ngun tố hóa học khả thi Những kết tính tốn hi vọng giúp ích cho thực nghiệm việc nghiên cứu tính chất hóa học ngun tố có kết đáng mong đợi 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J B Sanders, “Spectroscopic calculation of energy levels of some Tin isotopes,” Nuc Phys.23, pp 305-311, 1961 [2] H Shin, J B KIM, “Ground state energy levels of Indium arsenide quantum dots calculated by a single band effective mass model using representative strained input properties,” Mod Phys Lett B 27, 16, pp 1350120-1350130, 2013 [3] Y Zou and C F Fischer, “Resonance transition energies and oscillator strengths in Lutetium and Lawrencium,” Phys Rev Lett 88, 18, pp 183001-183004, 2002 [4] V A Dzuba, V V Flambaum, Kzolov M.G (1996), " Combination of many- body perturbation theory with the configuration-interaction method", Phys, Rev A 54, 3948 [5] V A Dzuba, V V Flambaum, Kzolov M.G (1996), " Combination of many- body perturbation theory with the configuration-interaction method", Phys, Rev A 54, 3948 [6] V A Dzuba “Correlation potential and ladder diagrams”, Phys Rev A 78, 042502 (2008) [7] V A Dzuba and Safronova M.S, “Breit Interaction and Parity Nonconservation in Many-Electron Atom”, Phys Rev A 73, 022112 (2006) [8] Slater J C, “Quantum Theory atomic structure”, NewYork, Me.Graw Hill (1960) [9] T H Dinh, and V A Dzuba, “All-order calculations of the spectra of superheavy elements 113 and 114,” Phys Rev A 94, 5, pp 052501052504, 2016 29 [10] T H Dinh, V A Dzuba, V V Flambaum and J S M Ginges, “Calculation of the spectrum of the superheavy element Z=120”, Phys Rev A 78, 054501 (2008) [11] Tsuneda T , “Density Functional Theory in Quantum Chemistry”, Springer Japan (2014) [12] Dzuba V A., Flambaum V V., Sushkov O P (1989), “Summation of the high orders of perturbation theory for the parity nonconserving E1amplitude of the 6s-7s transition in the caesium atom” Phys Lett A 141, 135-147 [13] Dzuba V A., Flambaum V V., Kraftmakher A Ya., Sushkov O P (1989), “Summation of the high orders of perturbation theory in the correlation correction to the hyperfine structure and to the amplitudes of E1-transitions in the caesium atom” Phys Lett A 142, 373-377 [14] Dzuba V A., Flambaum V V., Sushkov O P (1989), “Summation of the perturbation theory high order contributions to the correlation correction for the energy levels of the caesium atom” Phys Lett A 140, 493-497 [15] Dzuba V A., Flambaum V V., Sushkov O P (1995), “Calculation of energy levels, E1 transition amplitudes, and parity violation in Fr” Phys Rev A 51, 3454 [16] Dzuba V A., Flambaum V V., Ginges J S M (2001), “Calculations of parity-nonconserving s−d amplitudes in Cs, Fr, Ba+, and Ra” Phys Rev A 63, 062101 [17] Moore C E (1958), “Atomic Energy Levels”, Natl Bur Stand (U.S.) Circ No 467 (U.S GPO, Washington, D.C., Vol III [18] V A Dzuba (2005), “VN-M approximation for atomic calculations”, Phys Rev A 71,032512 30 [19] T H Dinh, V A Dzuba and V V Flambaum (2008), “Calculation of the spectra for the superheavy element Z=112”, Phys Rev A 78, 062502 [20] S A Blundell, W R Johnson, and J Sapirstein, Phys Rev Lett 65, 1411 (1990) [21] I Lindgren and J Morrison, Atomic Many-Body Theory, 2nded (Springer-Verlag, Berlin, 1985) [22] V A Dzuba, V V Flambaum, P G Silvestrov, and O P Sushkov, J Phys B 20, 1399 (1987) [23] Đinh Thị Hạnh, Thiều Thị Hường (2015), “Tính tốn phổ lượng cho nguyên tố siêu nặng E113 I E114 II”, Tạp chí Đại học Sư phạm TPHCM, (67, tr.50-56) [24] Đinh Thị Hạnh, Trần Thanh Tâm (2015), “Tính toán phổ lượng cho nguyên tố siêu nặng Z=114”, Tạp chí Đại học Sư phạm TPHCM ...27 KẾT LUẬN Với lý thuyết kết tính tốn trên, nhận thấy phương pháp tính có ý nghĩa quan trọng việc tính tốn phổ lượng ngun tố ? ?Tính tốn phổ lượng cho nguyên tố nặng Rubidi (Rb) nguyên tố Stronti (Sr...NG PHÁP VÀ KẾT QUẢ TÍNH PHỔ NĂNG LƯỢNG CHO NGUYÊN TỐ Sr Trong chương giới thiệu phương pháp tính lượng cho nguyên tố nặng Sr Gồm phương pháp Hartree-Fock tương đối tính (RHF) lý thuyết nhiễu loạn c... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Đào Thị Thanh Mai TÍNH TỐN PHỔ NĂNG LƯỢNG CHO NGUN TỐ NẶNG RUBIDI VÀ STRONTI Chuyên ngành : Vật lí nguyên tử hạt nhân Mã số : 8440106 LUẬN