磁场产生复杂的周期趋势

一项计算研究揭示了在强磁场影响下，元素的电负性和硬度的不寻常模式。¹长期以来，化学系统在这种环境中的奇异行为一直是化学和物理领域感兴趣的话题。现在，比利时和英国的研究人员扩展了一种称为概念密度泛函理论(DFT)的方法来探索它们。

概念DFT是DFT的一个分支，旨在提取广泛使用的化学概念的定义，如电负性和硬度。“概念DFT逐渐演变为反应性理论，使化学家能够洞察并最终预测分子在特定条件下的反应性，”解释说保罗Geerlings他来自布鲁塞尔自由大学。处理弗兰克·德·普罗夫特， Geerlings更广泛的研究扩展了概念DFT，包括其他因素，如外部电场和机械力。^2、3普罗夫特说:“很自然地，我们开始扩展概念DFT的框架，以包括这些。”

围绕Geerlings和de Proft的团队现在已经使用概念DFT来计算在高达1B的磁场中从氢到氪的主要基团原子的电离能和电子亲和度₀特斯拉(235000)。反过来，他们计算了电负性和硬度，使他们能够构建另一个周期表，揭示了在没有外部影响的情况下，与预期的模式有很大偏差的模式。团队成员说:“也许最令人惊讶的观察是，随着磁场强度的增加，电离能和电子亲和力的模式，以及由此产生的电负性和硬度的模式是多么复杂。汤姆熨斗他来自诺丁汉大学。这是因为原子对磁场的反应是改变它们的基态构型，电子以不同的能量从不同的轨道中添加或移除。尽管如此，“电负性和硬度随磁场强度变化的周期性模式仍然清晰可见，”Geerlings评论道。

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在磁场中电负性的初始响应。蓝色表示导数为正，红色表示导数为负，黄色表示导数为零或接近于零

来源:©Frank De Proft/布鲁塞尔自由大学

电离能在磁场中的初始响应。蓝色表示导数为正，红色表示导数为负，黄色表示导数为零或接近于零

来源:©Frank De Proft/布鲁塞尔自由大学

磁场中电子亲和度的初始响应。蓝色表示导数为正，红色表示导数为负，黄色表示导数为零或接近于零

来源:©Frank De Proft/布鲁塞尔自由大学

硬度在磁场中的初始响应。蓝色表示导数为正，红色表示导数为负，黄色表示导数为零或接近于零

来源:©Frank De Proft/布鲁塞尔自由大学

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研究人员希望他们的发现能够帮助科学家预测磁场影响下的化学键行为。“例如，氢原子和氟原子的电负性随磁场的变化表明，在临界磁场强度下，键的极性应该反转，”诺丁汉团队成员补充道安德鲁Teale．“对这种分子的计算支持了这一预测——偶极矩确实会随着场强的增加而改变方向。”“这样的预测甚至可以应用于白矮星等恒星物体，它们的典型场强可达1B数量级。₀．“当然，这将是一个令人兴奋的进一步研究领域，”艾恩斯说。

Pratim Chattaraj来自印度理工学院(Indian Institute of Technology Kharagpur)的DFT专家警告说，“人们必须小心，因为电负性和硬度分别被定义为在恒定的外部势下能量对电子数量的一阶和二阶导数。”一旦你改变磁场强度，你就会改变外部电位，违背定义。”