Ab initio расчеты трехчастичного взаимодействия в криокристаллах под давлением

Abstract

Исследованы короткодействующие многочастичные силы, обусловленные перекрыванием электронных оболочек атомов. Требование ортогональности волновых функций соседних атомов кристалла приводит к появлению слагаемых в потенциальной энергии, зависящих от координат трех, четырех и т.д. ближайших атомов. Получено выражение для энергии электронной подсистемы кристалла в приближении Хартри–Фока в базисе атомных орбиталей, точно ортогонализованных на разных узлах кристалла. Короткодействующий трехчастичный потенциал рассчитывается из первых принципов и предлагается его простая форма. Трехчастичные силы, возникающие вследствие ортогонализации волновых функций, изменяют ход дисперсионных кривых при всех k, в частности, нарушая соотношение Коши. Получено хорошее согласие теоретического и экспериментального отклонений от соотношения Коши для Ar в широком интервале давлений.

Досліджено короткодіючі багаточасткові сили, обумовлені перекриванням електронних оболонок атомів. Вимога ортогональності хвильових функцій сусідніх атомів кристала приводить до появи доданків у потенційній енергії, що залежать від координат трьох, чотирьох та ін. найближчих атомів. Отримано вираз для енергії електронної підсистеми кристала в наближенні Хартри–Фока в базисі атомних орбіталей, точно ортогоналізованих на різних вузлах кристала. Короткодіючий трьохчастковий потенціал розраховується з перших принципів і пропонується його проста форма. Трьохчасткові сили, що виникають через ортогоналізацію хвильових функцій, змінюють хід дисперсійних кривих при всіх k, зокрема, порушуючи співвідношення Коші. Отримано добре узгодження теоретичного й експериментального відхилень від співвідношення Коші для Ar у широкому інтервалі тисків.

Short-range many-body forces obliged to the overlapping of electron shells of atoms are investigated. The requirement for the wave functions neighbor atoms of crystal to be orthogonal adds summands to the potential energy, which depend on coordinates of tree, four, etc. nearest atoms. An expression has been derived in the Hartree–Fock approximation for the electron subsystem energy of the crystal, in the basis of atomic orbital’s strictly orthogonalized at different crystal sites. The short-range three-body potential is calculated from the first principles, a simple form of the potential is proposed. The three-body forces, originating from the wave-function orthogonalization, change the run of dispersion curves for every k, violating, in particular, the Cauchy relation. Theoretical and experimental deviation from the Cauchy relation is in good agreement for Ar in a wide pressure range.