Elektroneloszlás

Elektroneloszlás az a térbeli és energiabeli eloszlás, amely megmutatja, hol találhatók és hogyan oszlanak el az elektronok egy rendszerben. A kvantummechanikában a legfontosabb mennyiség a elektron sűrűsége ρ(r), amely adott pontban megadja, mennyi elektron található. A sűrűség a rendszer összes lehetséges állapotának valószínűségi összegéből adódik, s a Pauli-elv szerint oszlik meg.

Atomi szinten az elektronok valószínűségi eloszlását a hullámfüggvények négyzete írja le. Az összegzett sűrűség ρ(r) = ∑_i f_i |ψ_i(r)|^2, ahol f_i a foglaltsági tényező (0, 1 vagy 2, a spindegenerációtól függően). A héjak és alhéjak elrendeződése adja a molekula és az anyag kémiai tulajdonságait.

Sokrészecskés rendszerekben a kölcsönhatások miatt a pontos megoldások gyakran nehezen érhetők el. Ilyenkor alkalmazzák a Hartree–Fock módszert vagy a sűrűség-funkcionálási elméletet (DFT), amely a ρ(r) vagy n(r) kiszámítását célozza. A sűrűség meghatározása alapján modellezhetők a kötődés jellemzői, a polarizáció és az anyagtudományi tulajdonságok.

Szilárdtestekben a elektroneloszlás gyakran Fermi-Dirac eloszlással írható le: f(ε) = 1/[exp((ε-μ)/kT)+1]. Fémekben az energiaállapotok a Fermi-szintig töltődnek fel. Egyszerűbb modellek között ott a Thomas–Fermi és a jellium modell. A kísérleti megfigyelésekre szolgáló technikák közé tartozik az X-ray fotoelektron-spektroszkópia (XPS), a ARPES és az elektronmikroszkópia; ezek segítségével megmérhető a ρ(r) és a kapcsolódó tulajdonságok.