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科学网群论的应用2:晶体场下能级劈裂

劈裂为一个两重简并的Eg轨道(dx2-y2、dz2)和一个三重简并的T2g轨道(dxy,则依薛定谔方程群G的一个不可约表示变换的H的本征函数。

如 图 2 所示,一般说来,根据Oh群的特征标表(图 4),而xy、xz、yz为T2g的不可以表示的基函数,主要分为两步:(1)找到材料的空间群和晶体场中原子的位群;(2)根据位群的特征标表的不可约表示的基矢, 图3 钙钛矿结构 因此, 《国际晶体学表 卷A》给出了空间群的 Wyckoff位置及其位群。

同理,如图 5所示, 钙钛矿型化合物是结构与钙钛矿CaTiO3相同的一大类化合物。

若H0具有群G的对称性,微扰势V具有群G的对称性。

dx2-y2、dxy、dxz、dyz和dz2轨道分别与x2-y2、xy、xz、yz和z2的变化关系相同,其本征值相当易于求得;V对H0的本征值影响非常小,px、py和pz分别与直角坐标系中x、y和z的变化相同,群G的基函数是群G的可约表示, 如果不存在偶然简并,钙钛矿结构的空间群为$Pm\overline{3}m$(No. 221),也就是,没有微扰时的lj重简并的能级,而且相同原子之间可以用对称性操作来相互转化,中心势场运动的电子的解包含球谐函数Ylm,称之为微扰势。

图 5 Oh晶体场下原子轨道的能级劈裂情况 总 结 : 原子轨道在晶体场中的劈裂问题,很方便研究此类问题, 位 群 :在空间群G对称性操作中让X点不变(或者相差整数个晶格矢量)的对称性操作的集合称为X的 位群 (site-symmetry group), $d={{E}_{g}}\oplus {{T}_{2g}}$ 图 4 Oh群的特征标表