Desdoblament a camp nul

El desdoblament a camp nul o desdoblament a camp zero $D$, en magnetoquímica, és la diferència d'energia que separa, sense camp magnètic aplicat i dins d'un mateix número quàntic d'espin $S$, als estats de diferent proyecció sobre l'eix z, $S_z$.

Descripció

El hamiltoniano model més simple que descriu a un sistema en desdoblament a camp nul és el següent:

${\hat{H}}_{ZFS}=D\cdot (S_z^2-\frac{S\cdot (S+1)}{3})$

El primer terme dona conte de la pèrdua de degeneració entre els térmens de cada S_z, mentres que el segon servix per a mantindre l'energia constant (que l'efecte no altere l'energia total del sistema).

Aixina, per a D=1, S=1, M_s=+1,-1, tindrem:

${\hat{H}}_{ZFS}=D\cdot (S_z^2-\frac{S\cdot (S+1)}{3})=1-\frac{1\cdot (1+1)}{3}=1/3$

i per a D=1, S=1, M_s=0, tindrem:

${\hat{H}}_{ZFS}=D\cdot (S_z^2-\frac{S(S+1)}{3})=0-\frac{1\cdot (1+1)}{3}=-2/3$

Partint d'una energia inicial de 0, tenim dos nivells que es desestabilisen 1/3, i un que s'estabilisa 2/3. Com veem per este eixemple, D>0 implica que l'estat de mínim M_s és el fonamental. Análogament, un D<0 comporta un estat fonamental de màxim M_s.

Si estem descrivint el desdoblament de nivells provinents d'un únic estat d'espin, i només nos interessen les diferències d'energia, podem ometre el segon terme:

${\hat{H}}_{ZFS}=D\cdot S_z^2$

Desdoblament ròmbic

És possible trobar, si la simetria o la distorsió és ròmbica en lloc d'axial, un terme adicional al desdoblament a camp nul D: el terme ròmbic I. En estos casos, el hamiltoniano és el següent:

${\hat{H}}_{ZFS}=D\cdot (S_z^2-\frac{S\cdot (S+1)}{3})+E(S_x^2-S_y^2)$