Skärmningseffekter

Skärmningseffekter uppstår när elektroner och andra laddningar i ett many-particle-system omfördelar sig i närvaro av en annan laddning, så att den effektiva Coulomb-interaktionen mellan testladdningar blir mindre än i vakuum. Den omfördelade laddningsfördelningen dämpar det elektriska fältet och gör att elektriska potentialen ofta faller mer snabbt med avstånd än vad som är fallet för en fri laddning.

Inom atomfysik märks skärmning främst som en reduktion av den effektiva kärnladdningen som en elektron upplever. Denna effekt beskrivs vanligtvis med en skärmkonstant eller Z_eff, där Z_eff = Z − σ för en viss elektron. Olika regler och metoder, till exempel Slaters regler eller mer avancerade beräkningar, används för att uppskatta σ och därmed energinivåer och bindningsegenskaper hos atomer och joner.

I plasmer och elektrostatik används ofta Debye-Hückel-skärrning. Här är den omgivande plasmaskärmen dynamisk och potentialen kring en testladdning beskrivs som φ(r) ∝ (1/r) e^{-r/λ_D}, där Debye-längden λ_D beror på temperatur och partikeldensitet. I tätare elektronstruktionsmiljöer beskriver man även statisk skärmning i metaller via Thomas-Fermi eller Lindhard-dielectric respons, vilket ger en dessvärre viktig beskrivning av hur ε(q, ω) dämpar långväga Coulomb-interaktioner.

Konsekvenserna av skärmning är betydande för bindning, spektrallinjer, kemisk bindning, transport och scattering. I teoretiska beräkningar används olika modeller för att inkludera skärmning, medan experiment observerar dess effekter genom spektra, spridning och elektroniska egenskaper. Se även Debye-screening, Thomas-Fermi-screening och dielektrisk funktion.