Luận văn Tính toán phổ năng lượng cho nguyên tố nặng rubidi và stronti

Nội dung tài liệu: Luận văn Tính toán phổ năng lượng cho nguyên tố nặng rubidi và stronti

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Đào Thị Thanh Mai TÍNH TOÁN PHỔ NĂNG LƯỢNG CHO NGUYÊN TỐ NẶNG RUBIDI VÀ STRONTI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh - 2018
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Đào Thị Thanh Mai TÍNH TOÁN PHỔ NĂNG LƯỢNG CHO NGUYÊN TỐ NẶNG RUBIDI VÀ STRONTI Chuyên ngành : Vật lí nguyên tử và 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
3. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được thực hiện trước đây. TP Hồ chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2018 Đào Thị Thanh Mai
4. LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn tận tình cùng với sự động viên nhiệt tình từ phía gia đình và thầy cô: Đầu tiên tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô Khoa Vật Lý, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã truyền những kiến thức cơ bản trong suốt khóa học. Vui lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin tỏ lòng biết ơn TS. Đinh Thị Hạnh đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức và kỹ năng nghiên cứu, cũng như đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi thực hiện luận văn này. Đồng thời, tôi xin cảm ơn Quý Thầy Cô giảng dạy lớp cao học Vật lý nguyên tử khóa 27 và các anh chị cán bộ của Phòng Sau Đại học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi và tận tình giúp đỡ học viên trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình tôi vì đã thông cảm, động viên và tạo điều kiện để tôi hoàn thành tốt chương trình cao học. Tôi xin chân thành cảm ơn!
5. MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu và chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chương 1. PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ TÍNH PHỔ NĂNG LƯỢNG CHO NGUYÊN TỐ Rb .................................. 5 1.1. Phương pháp Hartree – Fock tương đối tính ........................................... 5 1.2. Thế tương quan ...................................................................................... 10 1.3. Kết quả ................................................................................................... 13 Chương 2. 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 2 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 quả ................................................................................................. 25 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 28
6. 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 : các ma trận Dirac  p: toán tử động lượng của electron; p i .
7. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các mức năng lượng cho các trạng thái của Rb. Các giá trị trong dấu ngoặc đơn chỉ tỉ lệ phần trăm độ sai lệch giữa giá trị tính toán so với thực nghiệm. ....................................................................... 14 Bảng 2.1. Các mức năng lượng cho cấu hình của Sr. Các chỉ số trong dấu ngoặc đơn chỉ tỉ lệ phần trăm độ sai lệch giữa giá trị tính toán so với thực nghiệm. .................................................................................. 26
8. DANH MỤC HÌNH VẼ  Hình 1.1. Biểu đồ tương quan bậc hai của  ................................................ 11 Hình 1.2. Rào thế Coulomb do phân cực hạt nhân nguyên tử ...................... 12 Hình 1.3. Tương tác lỗ trống – hạt trong toán tử phân cực ........................... 12 Hình 1.4. Thế tương quan nhiều bậc ............................................................. 12
9. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nghiên cứu về nguyên tố nặng hay tính toán các mức năng lượng của các nguyên tố đang là hướng nghiên cứu thú vị được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. Ngoài những công trình lớn trong lý thuyết và thực nghiệm thì vật lý hạt nhân cũng có nhiều công trình lý thuyết trong vật lý nguyên tử và hóa học lượng tử với các nỗ lực dự đoán tính chất hóa học của các nguyên tố nặng, cấu trúc electron của chúng và phổ năng lượng [1,2]. Quá trình khám phá các nguyên tố trên được thực hiện cả hai mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm, sự thành công của thực nghiệm thôi thúc các nhà vật lý lý thuyết phải nỗ lực không ngừng để chứng minh sự đúng đắn của thực nghiệm, trong đó có việc tìm hiểu các phương pháp tính. Phương pháp tính phổ năng lượng được 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 những hiệu chỉnh đã được bao gồm trong tất cả các bậc của tương tác Coulomb sử dụng giản đồ Feynman và phương pháp thế [6]. Với sự tìm hiểu của chúng tôi thì kết quả tính toán tốt nhất cho những nguyên tố có một electron ngoài cùng đã đạt được bằng cách sử dụng phương pháp Hartree-Fock tương đối tính (RHF) kết hợp với những hiệu chỉnh bậc cao. Ở đây, chúng tôi áp dụng phương pháp này để tính toán phổ năng lượng cho nguyên tố Rubidi (Rb), đây là một nguyên tố được phát hiện vào năm 1861 bởi Robert Bunsen và Gustav Kirchhoff trong khoáng vật lepidolit bằng cách sử dụng phương pháp phân tích quang phổ. Năm 1995, rubidi đã được nghiên cứu để tạo ra ngưng tụ Bose-Einstein, với những phát hiện này Eric Allin Cornell, Carl Edwin Wieman và Wolfgang Ketterle đã giành giải Nobel vật lý năm 2001. Năm 1908 nhà khoa học Campbell, N. R cũng đã nghiên cứu về các đồng vị của nguyên tố này.
10. 2 Lý thuyết nhiễu loạn cho hệ nhiều hạt kết hợp với phương pháp tương tác cấu hình CI (MBPT+CI) để bao gồm những tương quan lõi-vỏ đã trở thành một công cụ rất hiệu quả để tính toán chính xác cho các nguyên tử có hai electron ở ngoài cùng [7,8]. Nguyên tử Stronti (Sr) có hai electron ngoài cùng là một ví dụ nữa được áp dụng để kiểm chứng độ chính xác của phép tính này, đây là một nguyên tố được phát hiện vào năm 1790 bởi Adair Crawford (là một bác sĩ tham gia vào việc điều chế Bari). Năm 1996 P.Colarusso và đồng nghiệp đã nghiên cứu về quang phổ phát xạ hồng ngoại của Sr, ngoài ra còn nhiều nghiên cứu về các khoáng sản từ Strontium. Phương pháp tính chính xác phổ năng lượng cho các nguyên tố vẫn còn là một thách thức lớn cho các nhà vật lý lý thuyết. Nhằm đóng góp một phần nghiên cứu về tính phổ năng lượng cũng như tính chất của các nguyên tố này chúng tôi thực hiện: “Tính toán phổ năng lượng cho nguyên tố nặng Rubidi (Rb) và Stronti (Sr)” với độ chính xác khá cao. Áp dụng phương pháp tương tự như những công trình trước đây cho các nguyên tố siêu nặng E113 và E114[9]; Z=120 [10]; Z=112 [19]; E113 I và E114 II [23]; Z=114 [24]. 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu 2.1. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của luận văn 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. 2.2. Nội dung nghiên cứu Căn cứ vào mục tiêu đã đề ra, luận văn gồm những nội dung nghiên cứu sau: - Phương pháp Hartree-Fock tương đối tính (RHF) - Phương pháp tương tác cấu hình CI kết hợp lý thuyết nhiễu loạn cho hệ nhiều hạt (MBPT) - Các bổ chính tính toán phổ năng lượng - Kết quả tính toán phổ năng lượng cho nguyên tố Rb và Sr