原子离子的电子动量分布和Compton轮廓的理论研究

Combining the relativistic multiconfiguration Dirac-Fock (MCDF) method and Fourier transformation, the electron momentum distributions and Compton profile of atoms and ions will be studied. Based on analysing the package GRASP92/2K, the code for calculation of the electron momentum distributions and Compton profile of atoms and ions can be written. With taking the noble gas (He, Ne, Ar, Kr, and Xe) as examples, the the electron momentum distributions and Compton profile of atoms and ions in the ground and excied states at different ionic stages will be calculated systematically, and their properties and the relativistic and electron correlation on those will be discussed with the change of the atomic numbers and ionc stages. Furthermore, the resonable expressions for electron correlation in the study on the electron momentum distributions and the theoretical method generalizated to molecules and condensed material can be explored.

该项目拟结合相对论多组态Dirac-Fock（MCDF）理论和Fourier变换方法研究原子离子的电子动量分布和Compton轮廓。在整理和分析国际通用的计算原子离子结构的程序包GRASP92/2K的基础上，建立计算原子和离子中电子动量分布和Compton轮廓的标准程序，对原子离子并以稀有气体元素（He、Ne、Ar、Kr和Xe）原子为例对其各离化态基态和激发态的电子动量分布和Compton轮廓进行系统的计算和详细的研究，讨论电子动量分布和Compton轮廓随原子序数和电离度变化的基本规律以及相对论效应和电子关联效应对原子离子电子动量分布的影响。另外，该项目还将探索电子关联效应在电子动量分布研究中的合理表达方式以及分子和凝聚态材料中电子动量分布的理论研究方法。

Compton散射方法是研究原子和分子中以及凝聚态材料表面电子分布信息的一种有效途径。.按照本项目的原定计划，完成了可以与国际通用程序GRASP92/2K对接的多电子原子离子相对论电子动量分布和相对论Compton轮廓的计算程序。额外完成了点Coulomb场中单电子原子离子电子动量分布和Compton轮廓的计算程序（包括非相对论和相对论两个版本）。使用点Coulomb场中单电子Compton程序系统分析了空间波函数在不同径向网格点、动量波函数在不同积分上限和不同径向网格点情况下Compton轮廓的计算精度。为了测试程序的正确性，我们详细计算了稀有气体原子He (1s2)、Ne (1s22s22p6)、Ar (1s22s22p63s23p6)、Kr (1s22s22p63s23p63d104s24p6)、Xe (1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6)和Rn (1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p64f145d106s26p6)基态的Compton轮廓，得到大范围高精度结果。计算结果不仅与其它理论和实验结果具有很好的一致性，而且能够说明在相同近似下得到的其他理论结果的不足。利用该套程序，系统计算了类氢离子电子动量分布和Compton轮廓。对单电子Dirac径向轨道应用恰当的Fourier变换，系统计算了类氢离子基态和激发态电子的Compton轮廓。以H原子和Xe53+离子为例，并结合点Coulomb场中的非相对论和相对论单电子轨道的解析解，讨论了相对论效应和原子核有限体积效应对Compton轮廓的影响。详细研究了单电子Compton轮廓对主量子数n、轨道量子数l、单电子总角动量量子数j和核电荷数Z的依赖关系。另外，计算了He原子和Xe52+离子基态1s2 1S0、单激发态1s2s 1S0 和3S1、1s2p 1P1和3P0, 1, 2以及双激发态2s2p 1P1和3P0, 1, 2的Compton轮廓。初步分析了电子关联效应和相对论效应对类氦离子Compton轮廓的影响。.因此，本项目不仅完成了计算原子离子中电子Compton轮廓的计算程序，而且为研究分子乃至更为实际的材料体系中电子的Compton轮廓积累了非常必要的经验。