Nullfeldaufspaltung von Benzol und Naphthalin im ... - ScienceUp.de
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22 2. THEORIE DER NULLFELDAUFSPALTUNG In Abbildung 2.2 ist die Aufspaltung mit den zugehörigen Eigenfunktionen und Energien abgebildet. Hieraus geht hervor, daß die Vorzeichen von D und E die energetische Reihenfolge der Nullfeldniveaus festlegen. Um die Größe der Aufspaltung anzugeben, genügt jedoch die Kenntnis der Beträge. Die Vorzeichen von D und E werden häufig nicht angegeben, da aus den Positionen von ESR-Linien nur ihre relativen Vorzeichen ermittelt werden können. Die absoluten Vorzeichen können unter anderem aus relativen Intensitätsmessungen der ESR-Übergänge bei tiefen Temperaturen [Hor 63] oder ODMR-Messungen [Bräu 77] bestimmt werden. Das Vorzeichen von E hängt von der Festlegung der x- und y-Achse ab. In Systemen mit axialer Symmetrie, für welche die x- und y-Achse äquivalent sind, spalten nicht alle Niveaus des Triplett-Zustands auf, es gilt E = 0. Bei noch höherer Symmetrie ist D = E = 0, die Entartung der drei Niveaus bleibt also erhalten. Die Hauptachsen für Benzol und Naphthalin sind in Abbildung 2.3 eingezeichnet. Abbildung 2.2: Die Nullfeldaufspaltung in Abhängigkeit von der Symmetrie des Moleküls sowie die korrekten Eigenfunktionen nullter Ordnung und die zugehörigen Energien. Es wurde D > 0 und E < 0 vorausgesetzt.
2. THEORIE DER NULLFELDAUFSPALTUNG 23 Abbildung 2.3: Die magnetischen Achsensysteme von Benzol und Naphthalin. Die z-Achse steht senkrecht auf den Molekülebenen. 2.4 Analyse des D-Parameters mit der Spin-Korrela- tionsfunktion Eine Möglichkeit zur Interpretation der D-Parameter ist die Analyse der Gesamt- Wellenfunktionen bzw. der Kopplungsarten der Elektronen in den Spin-Eigenfunktionen der VB-Strukturen. Diese Funktionen hängen von den Koordinaten aller Elektronen ab, wodurch ein vertiefter physikalischer Einblick in den Ursprung des D-Parameters erschwert wird. Außerdem ist die Wahl der Spinbasis nicht eindeutig. Auch die steigende Anzahl der Spinfunktionen mit der Größe des Moleküls kompliziert die Analyse von D mittels der Wellenfunktion. Wünschenswert wäre eine Größe, welche die für die Nullfeldaufspaltung verantwortliche Korrelation zweier beliebiger Elektronen an bestimmten Orten im Molekül beschreibt. Sie sollte aus der Gesamt-Wellenfunktion ermittelt werden und somit invariant gegenüber einer Transformation der Spinbasis oder der Orbitale sein, welche die Wellenfunktion nicht verändert. Außerdem sollte diese Größe unabhängig von der Art der zugrundeliegenden Wellenfunktion definiert sein, um einen Vergleich verschiedener Methoden zuzulassen. Für die Analyse der Nullfeldaufspaltung ist die Spin-Korrelationsfunktion D SS eine Größe, die diese Kriterien erfüllt. Da sie nur von den Ortskoordinaten zweier Elektronen abhängt, ist sie leicht visualisierbar. Sie setzt sich aus den spinlosen Komponenten der Zweielektronen-Dichtefunktion zusammen. Die tiefergestellten Buchstaben in D SS dürfen nicht mit der Spinquantenzahl S verwechselt werden; sie
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2. THEORIE DER NULLFELDAUFSPALTUNG 23<br />
Abbildung 2.3: Die magnetischen Achsensysteme <strong>von</strong><br />
<strong>Benzol</strong> <strong>und</strong> <strong>Naphthalin</strong>. Die z-Achse steht senkrecht auf<br />
<strong>de</strong>n Molekülebenen.<br />
2.4 Analyse <strong>de</strong>s D-Parameters mit <strong>de</strong>r Spin-Korrela-<br />
tionsfunktion<br />
Eine Möglichkeit zur Interpretation <strong>de</strong>r D-Parameter ist die Analyse <strong>de</strong>r Gesamt-<br />
Wellenfunktionen bzw. <strong>de</strong>r Kopplungsarten <strong>de</strong>r Elektronen in <strong>de</strong>n Spin-Eigenfunktionen<br />
<strong>de</strong>r VB-Strukturen. Diese Funktionen hängen <strong>von</strong> <strong>de</strong>n Koordinaten aller<br />
Elektronen ab, wodurch ein vertiefter physikalischer Einblick in <strong>de</strong>n Ursprung <strong>de</strong>s<br />
D-Parameters erschwert wird. Außer<strong>de</strong>m ist die Wahl <strong>de</strong>r Spinbasis nicht ein<strong>de</strong>utig.<br />
Auch die steigen<strong>de</strong> Anzahl <strong>de</strong>r Spinfunktionen mit <strong>de</strong>r Größe <strong>de</strong>s Moleküls<br />
kompliziert die Analyse <strong>von</strong> D mittels <strong>de</strong>r Wellenfunktion.<br />
Wünschenswert wäre eine Größe, welche die für die <strong>Nullfeldaufspaltung</strong> verantwortliche<br />
Korrelation zweier beliebiger Elektronen an best<strong>im</strong>mten Orten <strong>im</strong> Molekül<br />
beschreibt. Sie sollte aus <strong>de</strong>r Gesamt-Wellenfunktion ermittelt wer<strong>de</strong>n <strong>und</strong><br />
somit invariant gegenüber einer Transformation <strong>de</strong>r Spinbasis o<strong>de</strong>r <strong>de</strong>r Orbitale<br />
sein, welche die Wellenfunktion nicht verän<strong>de</strong>rt. Außer<strong>de</strong>m sollte diese Größe<br />
unabhängig <strong>von</strong> <strong>de</strong>r Art <strong>de</strong>r zugr<strong>und</strong>eliegen<strong>de</strong>n Wellenfunktion <strong>de</strong>finiert sein, um<br />
einen Vergleich verschie<strong>de</strong>ner Metho<strong>de</strong>n zuzulassen.<br />
Für die Analyse <strong>de</strong>r <strong>Nullfeldaufspaltung</strong> ist die Spin-Korrelationsfunktion D SS eine<br />
Größe, die diese Kriterien erfüllt. Da sie nur <strong>von</strong> <strong>de</strong>n Ortskoordinaten zweier<br />
Elektronen abhängt, ist sie leicht visualisierbar. Sie setzt sich aus <strong>de</strong>n spinlosen<br />
Komponenten <strong>de</strong>r Zweielektronen-Dichtefunktion zusammen. Die tiefergestellten<br />
Buchstaben in D SS dürfen nicht mit <strong>de</strong>r Spinquantenzahl S verwechselt wer<strong>de</strong>n; sie