[論文レビュー] Electron and Nucleon Localization Functions in Superheavy Elements

Paul Jerabek, B. Schuetrumpf+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2017

Nuclear physics research studies被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、フェルミオン局在関数を用いて、最も重い元素であるオガネッソン（Og）の電子および核子殻構造を分析している。強いスピン-軌道スプリッティングにより、Ogの7p殻では均一ガスに類似した電子的挙動が生じ、ダイポール分極率が増大（約10 eV）している一方、高い軌道密度のため中性子の局在はトマス＝フェルミガスの挙動に近づき、価電子領域における殻効果の崩壊が示唆される。

ABSTRACT

Fermion localization functions are used to discuss electronic and nucleonic shell structure effects in the superheavy element oganesson, the heaviest element discovered to date. Spin-orbit splitting in the $7p$ electronic shell becomes so large ($\sim$ 10 eV) that Og is expected to show uniform-gas-like behavior in the valence region with a rather large dipole polarizability compared to the lighter rare gas elements. The nucleon localization in Og is also predicted to undergo a transition to the Thomas-Fermi gas behavior in the valence region. This effect, particularly strong for neutrons, is due to the high density of single-particle orbitals.

研究の動機と目的

• 超重元素、特に最も重い元素であるオガネッソン（Og）における電子および核子殻構造効果を調査すること。
• Ogの7p殻における極端なスピン-軌道結合が、電子局在および分極率に与える影響を分析すること。
• 高密度の単粒子軌道密度に起因する、価電子領域における核子局在がトマス＝フェルミガスの挙動へとどのように移行するかを検討すること。
• 超重核における殻効果の崩壊と、それによる電子的および核構造への影響を評価すること。

提案手法

• フェルミオン局在関数（FLFs）を用いて、オガネッソンにおける電子および核子の密度分布をモデル化する。
• 局在性の評価を価電子領域で行い、殻構造または均一ガスに類似した挙動の有無を検出する。
• 7pサブシェルにおけるスピン-軌道スプリッティングの定量的評価を行い、電子構造および分極率への影響を評価する。
• 電子と核子の局在挙動を比較し、陽子と中性子の違いに注目する。
• トマス＝フェルミ近似を用いて、価電子領域におけるガス的挙動への移行をモデル化する。
• 単粒子軌道密度および局在関数の勾配に依存するアプローチにより、殻効果の抑制を検出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オガネッソンの7p殻における強いスピン-軌道結合が、その電子的局在および分極率にどのように影響を与えるか？
• RQ2 オガネッソンにおける核子局在は、どの程度殻的構造から逸脱し、トマス＝フェルミガスの挙動に近づくか？
• RQ3 なぜ超重元素において、ガス的挙動への移行が中性子に対して陽子よりも顕著に現れるのか？
• RQ4 単粒子軌道の高密度が、Ogの価電子領域における殻効果の抑制に果たす役割は何か？
• RQ5 オガネッソンの電子構造は、軽い希ガス元素と比較して、局在性および分極率の観点でどのように異なるか？

主な発見

• オガネッソンの7p殻におけるスピン-軌道スプリッティングは約10 eVに達し、電子構造に顕著な変化をもたらしている。
• オガネッソンの価電子領域では、強いスピン-軌道結合に起因して均一ガスに類似した電子的挙動を示している。
• オガネッソンは、均一ガスに類似した性質に起因して、軽い希ガス元素よりも大きなダイポール分極率を示している。
• 中性子の局在は、価電子領域でトマス＝フェルミガスの挙動に近づき、陽子よりも顕著にその傾向が強い。
• 単粒子軌道の高密度が、オガネッソンの核子的構造における殻効果の崩壊を引き起こしている。
• 電子的および核子的殻効果の両方が、価電子領域で抑制されていることから、超重元素における閉殻状態からの逸脱が示唆される。