Electronic fluctuation, the nature of interactions and the structure of liquid metals

Summary

Interactions controlling ionic motion and structure in liquid metals can be systematically developed beginning with the ultimate view of such systems as neutral assemblies of nuclei and electrons, and proceeding to standard reduced Hamiltonians reflecting assemblies ofions and electrons. The assumption of electronically rigid ion leads via response methods and pseudopotentials to statically screened ion-ion potentials and beyond. Fluctuations are introduced into this otherwise common viewpoint by relaxing the assumption of electronically rigid ion cores and also by treating electronic response beyond linear order. It is argued that both effects can lead to more attractive pair interactions and possibly to effects much larger than, for example, Friedel oscillations. These contributions are state (i.e. density) dependent and their presence might be expected on the basis of clustering behavior seen for some systems in theirvapour phases. This leads to two limiting viewpoints on the liquid-state structure of such systems, the first as an entirely monoatomic phase but with a pair interaction that is unusual, the second as a system supporting transient clusters whose presence reflects the complexities argued on the basis of a more extended treatment of the electron problem.

Riassunto

Le interazioni che controllano il movimento ionico e la struttura nei metalli liquidi possono essere sviluppate in maniera sistematica, iniziado con l'ultima visione di tali sistemi come agglomerati neutri di nuclei ed elettroni e procedendo con hamiltoniane standard ridotte che riflettono agglomerati diioni ed elettroni. L'assunto di ioni elettronicamente rigidi porta mediante metodi di risposta e pseudopotenziali a potenziali ione-ione schermati staticamente ed oltre. Le fluttuazioni sono introdotte in questa altrimenti commune visione, eliminando l'assunto di noccioli ionici elettronicamente rigidi ed anche trattando il risultato elettronico al di là del primo ordine. Si arguisce che entrambi gli effetti possono portare ad interazioni a coppie più attrattive e possibilmente ad effetti piú grandi che, per esempil, le oscillazioni di Friedel. Questi contributi dipendono dallo stato (cioè densità) e la loro presenza potrebbe essere prevista sulla base di un comportamento a cluster visto per alcuni sistemi nella loro fase di vapore. Ciò porta a due visioni limite della struttura di stato liquido di tali sistemi, la prima come una fase interamente monoatomic ma con un'interazione a coppie che è inusuale, la seconda come un sistema che comprende clusters transitori la cui presenza riflette le complessità intuite sulla base di una trattazione più esteasa del problema dell'elettrone.

Резюме

Систематически исследуются взаимодействия, определяющие движение ионов и структуру в Зидких металлах, начиная с подхода к таким системам, как нейтральным ансамблям ядер и электроноб, и переходя к стандартным Гамильтонианам, отражающим ансамбли ионов и электронов Предположение об электронно-жестких ионах приводит, посредством методов отклика и псевдопотенциалов, к статически экранированным ион-ионным потенциалам. Вводятся фуктуации в стандартный подход, используя предположение об электронножестких ионах, а также учитывая электронный отклик вяше линейного порядка. Доказывается, что эти оба эффекта могут приводить к парным потенциалам притяжения и возможно к более сильным эффектам, чем, например, осцилляции фриделя. Эти вклады зависят от состояния (т.е. плотности) и их наличие можно ожидать на основе класрного поведения, обнаруженного для некоторых систем в их паровых фазах. Таким образом, возникают две предельные точки зрения на структуру жидкого состояния таких систем, первая-полностью одноатомная фаза с парным взаимодействием, что является необычным, вторая-система переходных кластеров, чье наличие отражает сложности, доказываемые на основе более обобщеннтго рассмотрения электронной проблемы.