Slater-Determinante

Die Slater-Determinante (nach John C. Slater) ist ein Näherungsansatz zur Lösung der Schrödinger-Gleichung eines Systems mit N gleichartigen Fermionen.

Diese Wellenfunktion ist ein anti-symmetrisiertes Produkt bestehend aus N orthonormalen Einelektronenfunktionen, welche man durch den Hartree-Fock-Ansatz erhält.

Motivation

Für ein System aus N unterscheidbar angenommenen Elektronen ist ein vollständiges Orthonormalsystem von Zuständen gegeben, ausdrückbar durch die Produktwellenfunktionen aller möglichen Permutationen der Einteilchenzustände. Aus quantenphysikalischer Sicht sind die Teilchen eines Vielteilchensystems gerade nicht unterscheidbar. Dies führt dazu, dass bestimmte Symmetriebedingungen an die dazugehörige Wellenfunktion zu stellen sind: im Fall von Fermionen muss sie antisymmetrisch zu beliebiger Vertauschung zweier Teilchen sein. Um dies zu gewährleisten, wird - wie im Folgenden gezeigt - die Slater-Determinante aus Einteilchenzuständen geschrieben.

Herleitungsskizze

Wellenfunktion:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \psi\left(1,2,\dots,N\right) = A_N \phi_1(1) \phi_2(2) \dots \phi_N(N)

Das Funktionsargument entspricht der Ordnungszahl des jeweiligen Elektrons, z.B. Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \phi(i) \equiv \phi(\vec{r}_i) . Zur Erfüllung des Pauli-Prinzips wird der Antisymmetrisierungsoperator $A_{N}$ angefügt, d.h.:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): \psi(1,2,\dots,j,\dots,k,\dots,N) = -\psi(1,2,\dots,k,\dots,j,\dots,N)

Ergebnis

Die Slater-Determinante kann wie folgt geschrieben werden:

Fehler beim Parsen (MathML mit SVG- oder PNG-Rückgriff (empfohlen für moderne Browser und Barrierefreiheitswerkzeuge): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): A_N [\phi_1(1) \phi_2(2) \dots \phi_N(N)] = \frac{1}{\sqrt{N!}} \begin{vmatrix} \phi_1(1) & \phi_2(1) & \dots & \phi_N(1) \\ \phi_1(2) & \phi_2(2) & \dots & \phi_N(2) \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ \phi_1(N) & \phi_2(N) & \dots & \phi_N(N) \end{vmatrix} = |\phi_1\phi_2\dots\phi_N|

Siehe auch

Slater Type Orbitals

Literatur

Attila Szabo, Neil S. Ostlund: Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory, McGraw-Hill 1989, ISBN 0-07-062739-8
H. Friedrich: Theoretische Atomphysik. Springer, Berlin–Heidelberg 1994.
T. Fliessbach: Lehrbuch zu Theoretischen Physik III: Quantenmechanik Spektrum-Verlag, 2008