On the calculation of multiplet energies of three-open-shell 4f135fn6d1 electron configuration by LFDFT: modeling the optical spectra of 4f core-electron excitation in actinide compounds

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出版日 2017-11-15
DOI 10.1039/C7CP06198F
インパクトファクター 3.676
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要旨

Methodological concepts are reported for the calculation, without empirical parameters, of multiplet energy levels and ligand-field effects associated with three-open-shell 4f135fn6d1 electron configurations, and for the modeling of X-ray absorption spectra in relation to intra-atomic 5fn → 4f135fn6d1 electron transitions. A density functional theory (DFT) method is used for the determination of the electronic structure. An effective ligand-field Hamiltonian is also used to incorporate many body effects and corrections via the configuration interaction algorithm within the active space of Kohn–Sham orbitals with dominant actinide 4f, 5f and 6d characters. The theoretical method ensures a parameter-free ligand-field model, which will be implemented in the Amsterdam density functional (ADF) program package as part of the available and automated ligand-field density functional theory (LFDFT) routine. The theoretical method is illustrated with examples for applications: U4+ in the free ion and U4+ in bulk UO2 by means of the molecular (UO8)12− cluster. The DFT calculations are performed at different levels of the DFT functional, from which the LFDFT parameters such as Slater–Condon integrals, spin–orbit coupling constants and ligand-field potential (represented within the Wybourne formalism) are emulated. The comparison with available experimental data is good. Therefore, a non-empirical ligand-field treatment of the 4f135fn6d1 configuration is established illustrating the spectroscopic details of the 4f core-electron excitation, which can be valuable for further understanding and prediction of the spectral profiles of actinide N6,7-edge X-ray absorption spectroscopy.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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