17、最弱束缚电子理论及其在电离能计算中的应用

最弱束缚电子理论及其在电离能计算中的应用

1. 引言

在化学、物理学和天体物理学中，原子能级和电离能是至关重要的基础性质。电离能的定义涵盖了最弱束缚电子的概念、能级与电离极限的概念、量子化学中电子能量零点的选择，以及系统总电子能量等于连续电离能之和等内容。一般来说，将一个最弱束缚电子从自由粒子（原子、分子）的某个能级完全移除所需的能量，即系列极限与该能级的能量差，被定义为电离能。

电离能可以通过实验测量，如光谱学、电子碰撞、光电离等方法，相关数据已被收集在手册、语料库和数据库中。然而，对于原子序数较高的原子和高度电离的原子，实验数据相对较少，存在较大的数据缺口，这也成为了当前实验和理论研究的热点。

2. 电离能的计算方法

许多理论方法被用于计算原子能级和电离能，包括相对论组态相互作用（RCI）、相对论多体微扰理论（RMBPT）、相对论耦合簇（RCC）、多组态狄拉克 - 福克方法（MCDF）、R - 矩阵方法、密度泛函理论（DFT）、最弱束缚电子势模型理论（WBEPM理论）等。

以Jursic为例，他使用从头算方法（HF、MP2、MP3、MP4DQ、QCISD、G1、G2和G2MP2）和密度泛函理论（DFT）方法（B3LYP、B3P86、B3PW91等）计算了碳、氮、氧和氟等第二周期元素的第一至第四电离能，并对计算值和实验值进行了比较，评估了这些方法的适用性。

从多个对比表格中可以大致看出各方法目前所能达到的精度，其中WBEPM理论在计算原子电离能（基态和激发态）方面表现出较高的准确性。以下是部分方法计算结果与实验值的对比表格：
|方法|优点|缺点|适用场景|
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