Kvantkristallografi

Kvantkristallografi är en gren av kristallografi som undersöker kristallina material inom ramen för kvantmekaniken , med analys och representation, i position eller i rörelsemängd , av kvantiteter som vågfunktion , elektronladdning och spindensitet , densitetsmatriser och alla egenskaper relaterade till dem (som elektrisk potential, elektriska eller magnetiska moment, energitätheter, elektronlokaliseringsfunktion, en elektronpotential, etc.). Liksom kvantkemin involverar kvantkristallografi både experimentellt och beräkningsarbete. Den teoretiska delen av kvantkristallografi är baserad på kvantmekaniska beräkningar av atomära/molekylära/kristalliska vågfunktioner, densitetsmatriser eller densitetsmodeller, som används för att simulera den elektroniska strukturen hos ett kristallint material. Medan de experimentella verken inom kvantkemin huvudsakligen förlitar sig på spektroskopi, i kvantkristallografi spelar spridningsteknikerna ( röntgenstrålar , neutroner , γ-strålar , elektroner ) den centrala rollen, även om spektroskopi såväl som atommikroskopi också är informationskällor.

Kopplingen mellan kristallografi och kvantkemi har alltid varit mycket snäv, efter att röntgendiffraktionstekniker blev tillgängliga inom kristallografi. Faktum är att spridningen av strålning möjliggör kartläggning av en-elektronfördelningen eller elementen i en densitetsmatris. Typen av strålning och spridning bestämmer kvantiteten som representeras (elektronladdning eller spinn) och utrymmet i vilket den representeras (position eller rörelsemängd). Även om vågfunktionen vanligtvis inte antas vara direkt mätbar, möjliggör nya framsteg också att beräkna vågfunktioner som är begränsade till någon experimentellt mätbar observerbar (som spridningen av en strålning).

Termen Quantum Crystallography introducerades först i revisitationsartiklar av L. Huang, L. Massa och Nobelpristagaren Jerome Karle , som associerade det med två huvudströmmar: a) kristallografisk information som förbättrar kvantmekaniska beräkningar och b) kvantmekaniska metoder för att förbättra kristallografin information. Denna definition hänvisar främst till studier som startade på 1960- och 1970-talen, då första försök att erhålla vågfunktioner från spridningsexperiment dök upp, tillsammans med andra metoder för att begränsa en vågfunktion till experimentella observationer som dipolmomentet. Detta fält har nyligen granskats inom ramen för denna definition.

Parallellt med studier av vågfunktionsbestämning undersökte RF Stewart och P. Coppens möjligheterna att beräkna modeller för en-elektrons laddningstäthet från röntgenspridning (till exempel med hjälp av pseudoatomer multipolär expansion ), och senare av spinndensitet från polariserad neutron diffraktion , som skapade det vetenskapliga samfundet av laddning, spinn och momentumdensitet. I en nyligen publicerad översiktsartikel V. Tsirelson en mer allmän definition: "Kvantkristallografi är ett forskningsområde som utnyttjar det faktum att parametrar för en kvantmekaniskt giltig elektronisk modell av en kristall kan härledas från den noggrant uppmätta uppsättningen av koherent röntgenstrålning. diffraktionsstrukturfaktorer".

Boken Modern Charge Density Analysis ger en översikt över forskningen som involverar kvantkristallografi och de mest använda experimentella eller teoretiska metoderna.

International Union of Crystallography har nyligen inrättat en kommission för kvantkristallografi, som en förlängning av den tidigare kommissionen om laddning, spinn och momentumdensitet, i syfte att samordna forskningsaktiviteter inom detta område.

externa länkar

The Erice School of crystallography (52:a kursen): första kursen om kvantkristallografi (juni 2018) XIX Sagamore-konferensen (juli 2018) CECAM- mötet om kvantkristallografi (juni 2017) IUCr -kommissionen om kvantkristallografi The International Union of Crystallography