Elektronitiheyden

Elektronitiheys kuvaa elektronien jakaumaa avaruudessa ja on keskeinen suure sekä kvanttimekaniikassa että kemian ja materiaalitieteen sovelluksissa. Kvanttimekaanisessa käsitteessä elektronitiheys ρ(r) on elektroniaaltofunktion todennäköisyystiheyden summa, ja sen integrointi tilan yli antaa elektronien kokonaismäärän. Yksi tiheystiheyden tärkeistä rooleista on elektronisen rakenteen ja sidosten luonne: tiheysmuutokset kertovat sidosten vahvuudesta, kovalenttisuudesta ja varauksien jakautumisesta.

Elektronitiheyttä mitataan ja mallinnetaan useilla tavoilla. Röntgentekniikat tuottavat elektronitiheyden tulkittavia tiheyskarttoja kiderakenteissa, kun taas elektronimikroskopia ja spektrimenetelmät antavat paikallista tietoa. Teoreettisesti tiheys voidaan laskea Hartree–Fock- ja tiheysfunktionaaliteorian (DFT) menetelmillä; DFT:n Hohenberg–Kohn-lauseen mukaan maassaäisen tilan kaikki ominaisuudet määräytyvät elektronitiheydestä.

Elektronitiheyden analyysiä käytetään kemiallisessa topologiassa, esimerkiksi Baderin Atoms in Molecules -menetelmässä, ja se vaikuttaa materiaalien johtavuuteen, magnetismiin ja reaktiivisuuteen. Yksiköinä käytetään tyypillisesti elektroneja tilavuusyksikköä kohti (esim. e/Å^3). Elektronitiheyden käsite yhdistää kokeelliset havainnot ja teoreettiset mallit sekä on perustava työkalu atomien ja materiaalien elektronisen rakenteen ymmärtämisessä.