Low Temperature Physics: 44, 1097 (2018); https://doi.org/10.1063/1.5055858
Физика Низких Температур: Том 44, Выпуск 10 (Октябрь 2018), c. 1394-1403    ( к оглавлению , назад )

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

K.A. Chishko

B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine 47 Nauky Ave., Kharkiv 61103, Ukraine
E-mail: chishko@ilt.kharkov.ua

Received March 20, 2018, revised May 7, 2018, published online August 28, 2018

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.

Ключові слова: міжатомна взаємодія He–He, релятивістські поправки, спін-спінова взаємодія.