Krystalografia kwantowa
Krystalografia kwantowa jest gałęzią krystalografii , która bada materiały krystaliczne w ramach mechaniki kwantowej , z analizą i reprezentacją, w położeniu lub w przestrzeni pędu , wielkości takich jak funkcja falowa , ładunek elektronu i gęstość spinu , macierze gęstości i wszystkie związane z nimi właściwości (jak potencjał elektryczny, momenty elektryczne lub magnetyczne, gęstości energii, funkcja lokalizacji elektronów, potencjał jednego elektronu itp.). Jak chemia kwantowa , Krystalografia kwantowa obejmuje zarówno prace eksperymentalne, jak i obliczeniowe. Teoretyczna część krystalografii kwantowej opiera się na kwantowo-mechanicznych obliczeniach atomowych/molekularnych/krystalicznych funkcji falowych, macierzach gęstości lub modelach gęstości, wykorzystywanych do symulacji struktury elektronowej materiału krystalicznego. Podczas gdy w chemii kwantowej prace eksperymentalne opierają się głównie na spektroskopii, w krystalografii kwantowej na technikach rozpraszania ( promienie rentgenowskie , neutrony , promienie γ , elektrony ) odgrywają główną rolę, chociaż spektroskopia i mikroskopia atomowa są również źródłami informacji.
Związek między krystalografią a chemią kwantową zawsze był bardzo ścisły, odkąd techniki dyfrakcji rentgenowskiej stały się dostępne w krystalografii. W rzeczywistości rozpraszanie promieniowania umożliwia odwzorowanie rozkładu jednoelektronowego lub elementów macierzy gęstości. Rodzaj promieniowania i rozpraszania określa wielkość, która jest reprezentowana (ładunek lub spin elektronu) oraz przestrzeń, w której jest reprezentowana (przestrzeń położenia lub pędu). Chociaż zwykle przyjmuje się, że funkcja falowa nie jest bezpośrednio mierzalna, ostatnie postępy umożliwiają również obliczanie funkcji falowych, które są ograniczone do pewnych doświadczalnie mierzalnych obserwowalnych (takich jak rozpraszanie promieniowania).
Termin krystalografia kwantowa został po raz pierwszy wprowadzony w artykułach rewizytacyjnych L. Huanga, L. Massy i laureata Nagrody Nobla Jerome'a Karle'a , który powiązał go z dwoma nurtami: a) informacja krystalograficzna, która poprawia obliczenia mechaniki kwantowej oraz b) mechanika kwantowa podejście do poprawy krystalografii Informacja. Definicja ta odnosi się głównie do badań rozpoczętych w latach 60. i 70. XX wieku, kiedy pojawiły się pierwsze próby uzyskania funkcji falowych z eksperymentów rozpraszania, wraz z innymi metodami ograniczania funkcji falowej do obserwacji eksperymentalnych, takich jak moment dipolowy. To pole zostało ostatnio poddane przeglądowi w kontekście tej definicji.
Równolegle do badań nad wyznaczaniem funkcji falowej, RF Stewart i P. Coppens badali możliwości obliczania modeli gęstości ładunku jednoelektronowego na podstawie rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (na przykład za pomocą ekspansji wielobiegunowej pseudoatomów ), a później gęstości spinu na podstawie spolaryzowanego neutronu dyfrakcji , która zapoczątkowała społeczność naukową zajmującą się gęstością ładunku, spinu i pędu. W niedawnym artykule przeglądowym V. Tsirelson podał bardziej ogólną definicję: „Krystalografia kwantowa to dziedzina badań wykorzystująca fakt, że parametry poprawnego kwantowo-mechanicznie elektronicznego modelu kryształu można wyprowadzić z dokładnie zmierzonego zestawu współczynników struktury spójnej dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego”.
Książka Modern Charge Density Analysis zawiera przegląd badań obejmujących krystalografię kwantową oraz najczęściej stosowane metodologie eksperymentalne lub teoretyczne.
Międzynarodowa Unia Krystalografii niedawno powołała komisję ds. Krystalografii kwantowej, jako rozszerzenie poprzedniej komisji ds. Gęstości ładunku, spinu i pędu, w celu koordynowania działań badawczych w tej dziedzinie.
Linki zewnętrzne
Erice School of crystallography (52 kurs): pierwszy kurs krystalografii kwantowej (czerwiec 2018) XIX Konferencja w Sagamore (lipiec 2018) Spotkanie CECAM dotyczące krystalografii kwantowej (czerwiec 2017) Komisja IUCr ds . krystalografii kwantowej Międzynarodowa Unia Krystalografii