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Physical properties of molecular materials

Vibrational states

Introduction

H(β,ε)ψq(ε,R) = Eqψq(ε,R) a particular possible state of the system β = {r1, r2, r3......r3N} electrons ε = {R1, R2, R3, ......RM} nuclei

H(ε, β|Ψo(ε,R)) = Te(ε) + TN(R) + V(ε,R)

Te = - ħ2 ∑∇2ii = Σ ∇22i∇: Σ ∈ i ∇

TN = - ħ2i2i ∇: Σi ∈ i

V̂ = Vee + Ven + Vnn

Ven = - e° ∑i Zi e2t |Ri - Rj|

Vnn = αΔTeoΣZi |Ri - Rj|

Born-Oppenheimer approximation

The electrons state can be described within a quasi-static field generated

Ĥ (ε, β) = V(ε,β)

E = total energy of the molecular quantum state, including molecular and electronic contribution.

Ĥ (β, ε) ψn = E ψe Φn

e Φnn + Vnn = Vn + Vnn electron wave function, as a parametric function with respect to the nucleus of fraction of the nuclei β and nuclear wave function Φ

Ĥ(ε,β) Ψo(ε|R) He(β) Ψ0 Schrodinger equation for the nuclei

Hellmann-Feynman theorem

The nuclei are to be held fixed in position, no point charges and the force required to be applied

Physical properties of molecular materials

Vibrational states

Introduction

H(ξ,ℰ)Ψσ(ξ,ℰ) = EσΨσ(ξ,ℰ) is associated with the full set of quantum numbers that define a particular possible state of the system ξ = {ξ12,...,ξs} electrons ℰ = {ℰ1,ℰ2,...,ℰμ} nuclei

H(ξ,ℰ) = Te(ξ) + Tn(ℰ) + V(ξ,ℰ)

e = -Σi2i, ∇2i = ∂2, ∂2, ∂2 - Σi2i:

n = - Σt 1/2Mt2t = -Σt2t:

V̂ = Vee + Ven + Vnn

Vee = e2 Σi>j |ri-rj|-1

Ven = -e2 Σi Zt |ri-Rt|-1

Vnn = Σt>u Zt Zu |Rt-Ru|-1

They are two-body operators but electron-nuclear attraction term can be cast in the form of a one-body operator when it is considered from the point of view of the electrons

Born-Oppenheimer approximation

The electronic state can be described within a quasistatic field generated by almost immobile nuclei (nuclei are less freely particol.)

H(ξ,ℰ)Φe(ξ,R) = ε Φe(ξ,R) (T̂n + Vnn) Φn = ε Φn

He(R)Ψe(ξ|R) = Ee(R)Ψe(ξ|R)

(T̂n + Vnn) Φn = ε Φn Adiabatic approx invalid

γ = Ψe(R) electronic Hamiltonian (dependent upon R) b + ε ψe(ξ|R) = Ee(R)Ψe(ξ|R) Schroedinger eq. for the nuclei: Hd(R)ΨeΨe = Ee(R)Ψe

Hellmann-Feynman theorem

The nuclei are to be held fixed in position, no point charges and the force required to be applied to these is to be calculated work done in displacing the nuclei through d2fi= -∂EiδE = δS[(qi∣h1qi)]fi= -δ[(Eiγ(1R1)] δE(∑ = ∫ρ(qi∣he(Ri)∣η)]q

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Scienze fisiche FIS/03 Fisica della materia

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher lapestiferafuriaally di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Physical Properties of Molecular Materials e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Milano o del prof Tommasini Matteo.
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