[论文解读] 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 2

一句话总结

本文利用费米子局域化函数分析了超重元素 oganesson (Og) 的电子与核子壳层结构。研究发现，Og 的 7p 壳层中强烈的自旋-轨道耦合导致电子行为呈现均匀气体特性，其偶极极化率显著增强（约 10 eV），而中子局域化则因轨道密度高而趋向于 Thomas-Fermi 气体行为，表明价层区域壳效应的破缺。

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.

研究动机与目标

• 研究超重元素中电子与核子壳层结构效应，特别是作为目前已知最重元素的 oganesson (Og)。
• 分析 7p 壳层中极端自旋-轨道耦合对 Og 电子局域化与极化率的影响。
• 探讨由于单粒子轨道密度高，价层区域核子局域化向 Thomas-Fermi 气体行为的转变。
• 评估超重原子核中壳效应的破缺及其对电子与核结构的影响。

提出的方法

• 应用费米子局域化函数（FLFs）来模拟 oganesson 中电子与核子的密度分布。
• 通过评估价层区域的局域化行为，检测壳层结构或均匀气体特性。
• 量化 7p 亚壳层中的自旋-轨道分裂，以评估其对电子结构与极化率的影响。
• 分析电子与核子局域化行为的差异，重点关注质子与中子之间的区别。
• 采用 Thomas-Fermi 近似来模拟价层区域向气态行为的转变。
• 该方法依赖于单粒子轨道密度与局域化函数梯度，以检测壳效应的抑制。

实验结果

研究问题

• RQ1 oganesson 的 7p 壳层中强烈的自旋-轨道耦合如何影响其电子局域化与极化率？
• RQ2 oganesson 中核子局域化在多大程度上偏离壳层结构并趋近于 Thomas-Fermi 气体行为？
• RQ3 为何在超重元素中，气态行为的转变对中子比质子更为显著？
• RQ4 高密度的单粒子轨道在多大程度上导致 Og 价层区域壳效应的抑制？
• RQ5 从局域化与极化率的角度来看，oganesson 的电子结构与较轻的稀有气体元素有何异同？

主要发现

• oganesson 的 7p 壳层中自旋-轨道分裂达到约 10 eV，显著改变了其电子结构。
• 由于强自旋-轨道耦合，oganesson 的价层区域表现出均匀气体特性的电子行为。
• oganesson 的偶极极化率大于较轻的稀有气体元素，与均匀气体特性一致。
• 中子在价层区域的局域化行为向 Thomas-Fermi 气体行为转变，其程度强于质子。
• 高密度的单粒子轨道驱动了 oganesson 核子结构中壳效应的破缺。
• 电子与核子的壳效应在价层区域均被抑制，表明超重元素中已偏离闭壳行为。