Low-energy excitations in helium-like dimer within an exact diagonalization approach

Анотація

Методом точної діагоналізації (розкладанням за усіченим ортонормованим базисом) строго вирішено нерелятивістську квантовомеханічну задачу про зв’язані стани чотирьох взає-модіючих безспінових електронів, що рухаються в кулонів-ському полі двох точкових центрів тяжіння з Ζ₀ = 2, розташованих на фіксованій відстані R₀ (димер ⁴He₂ в наближенні Борна–Оппенгеймера–Гейтлера–Лондона). Розраховано чотириспінові релятивістські поправки (порядку ~ 1/c²) до рівня основного стану димера з точною діагоналізацією спінового кластера, спектром та власними векторами спінової задачи. Показано, що парний спіновий зв’язок є антиферомагнітним з обмінною константою в 12 К (вона забезпечує антисиметрію спінової синглетної хвильової функції основного стану для ізольованого атома ⁴He з двома ферміонами, пов’язаними всередині унітарної просторово-симетричної оболонки). Однак в чотириелектронній оболонці димера ⁴He₂ цей факт призводить до квінтетного основного стану чотириспінового кластера, який повністю антисиметричний щодо парних перестановок. Обмінна взаємодія всередині міжатомного зв’язку залежить від міжатомної відстані, так що існує зв’язок між спіновими та фононними рівнями свободи, що призводить до перенормування фононного спектра в конденсованій фазі в порівнянні з відповідним безспіновим середовищем. Цей ефект можна інтерпретувати як прямий аналог трансляційно-обертової взаємодії в молекулярних кріокристалах.