38 2.3. Métodos <strong>de</strong> <strong>la</strong> estructura electrónicaDon<strong>de</strong> <strong>la</strong> ecuación anterior engloba el término <strong>de</strong> energía cinética <strong><strong>de</strong>l</strong> electrón1, así como su potencial Hartree-Fock, νjHF y don<strong>de</strong> Ĵj es el operador <strong>de</strong>Coulomb y K j es el operador <strong>de</strong> intercambio:〈∣ 〉J j = χ j (2)1 ∣∣∣∣ χ j (2)(2.53)r 12〈∣ 〉K j = χ j (2)1 ∣∣∣∣ χ j (1)(2.54)r 12La invariancia <strong><strong>de</strong>l</strong> operador <strong>de</strong> Fock respecto a <strong>la</strong>s transformaciones unitarias,al igual que los espín-orbitales, permite escoger una transformaciónunitaria que diagonalice <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong> Fock, llegándose a <strong>la</strong>s ecuaciones <strong>de</strong>Hartree-Fock canónicas:ˆf(1)|χ ′ i(1) 〉 = ǫ ′ i|χ ′ i(1) 〉 i = 1, 2, . . .,N (2.55)don<strong>de</strong> los espín-orbitales forman un conjunto canónico <strong>de</strong> espín-orbitales.Los espín-orbitales, que son <strong>la</strong>s soluciones <strong>de</strong> estas ecuaciones, están incluidasahora en el operador <strong>de</strong> Fock, <strong>de</strong> manera que el conjunto <strong>de</strong> ecuacionesse ha <strong>de</strong> resolver igualmente <strong>de</strong> manera autoconsistente, comenzando conunos espín-orbitales iniciales. Se alcanza <strong>la</strong> autoconsistencia cuando el procesoiterativo converge y se han obtenido unos espín-orbitales consistentes conel potencial creado por ellos mismos. Al igual que en el método i<strong>de</strong>ado porHartree, <strong>la</strong> técnica numérica se <strong>de</strong>nomina método <strong><strong>de</strong>l</strong> campo autoconsistenteSCF.El conjunto <strong>de</strong> ecuaciones <strong>de</strong> Hartree-Fock es, en realidad, un sistema acop<strong>la</strong>do<strong>de</strong> ecuaciones íntegro-diferenciales, que se resuelven <strong>de</strong> manera iterativa.En <strong>la</strong> práctica este proceso entraña gran dificultad <strong>de</strong> manera que sólo es factiblepara sistemas tan pequeños como átomos o molécu<strong>la</strong>s diatómicas. Sinembargo, en sistemas molecu<strong>la</strong>res el proceso es excesivamente complejo.En 1951 Roothan y Hall [50,51] , <strong>de</strong> manera in<strong>de</strong>pendiente, propusieron expresarlos orbitales monoelectrónicos en términos <strong>de</strong> un conjunto conocido <strong>de</strong>funciones <strong>de</strong> base, es <strong>de</strong>cir que el orbital molecu<strong>la</strong>r χ i se pue<strong>de</strong> expresar comocombinación lineal <strong>de</strong> un conjunto <strong>de</strong> K funciones φ s :χ i =K∑c si φ s i = 1, 2, . . .,K (2.56)s=1Sustituyendo en <strong>la</strong>s ecuaciones <strong>de</strong> Hartree-Fock e integrando ambos miembros<strong>de</strong> <strong>la</strong> ecuación por el complejo conjugado <strong>de</strong> <strong>la</strong>s funciones propias φ µ en todoel espacio electrónico se obtiene:K∑c vi〈φ µ (1) ∣ ˆf(1)〉∣ φ ν (1) =v=1K∑〈φ µ (1)|φ ν (1)〉 µ = 1, 2, 3, . . .,K (2.57)µ=1[50] C. C. J. Roothaan, “New <strong>de</strong>velopments in molecu<strong>la</strong>r orbital theory,” Reviews of Mo<strong>de</strong>rnPhysics, vol. 23, no. 2, pp. 69–89, 1951.[51] G. G. Hall Proc R Soc Lond ser A Math Phys Sci, vol. 205, p. 541, 1951.
2. Métodos teóricos 39Las integrales que aparecen en el primer miembro correspon<strong>de</strong>n a los elementos<strong>de</strong> <strong>la</strong> matriz en representación matricial <strong><strong>de</strong>l</strong> operador ˆf en <strong>la</strong> base {φ v }〈F µν = φ µ (1) ∣ ˆf(1)〉∣ φ ν (1)(2.58)Por su parte, <strong>la</strong>s integrales que aparecen en el segundo miembro son <strong>la</strong>sintegrales <strong>de</strong> so<strong>la</strong>pamiento entre funciones <strong>de</strong> base {φ v }S µν = 〈φ µ (1)|φ ν (1)〉 (2.59)Con ello se logra transformar el problema <strong>de</strong> ecuaciones integrodiferenciales(ecuaciones HF) en un problema equivalente <strong>de</strong> ecuaciones algebraicas que sepue<strong>de</strong> resolver mediante métodos matriciales l<strong>la</strong>mados ecuaciones <strong>de</strong> Hartree-Fock-Roothaan (HFR)K∑[F µν − ǫ i S µν ]c νi = 0 µ = 1, 2, 3, . . .,K (2.60)ν=1FC = SCE (2.61)siendo S <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong> so<strong>la</strong>pamiento entre <strong>la</strong>s funciones <strong>de</strong> base, E <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong>energía, C <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong> coeficientes y F <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong> Fock en <strong>la</strong> base empleada.A partir <strong>de</strong> <strong>la</strong> <strong>de</strong>finición <strong><strong>de</strong>l</strong> operador ˆf y <strong>de</strong> <strong>la</strong>s <strong>de</strong> los operadores <strong>de</strong>Coulomb y <strong>de</strong> intercambio, pue<strong>de</strong> verse que:F µν = Hµν+cK∑ K∑[ 〈 P λσ φ µ (1)φ λ (2) ∣ ˆf(1)〉∣ φ ν (1)φ σ (2) − 1 〈φ µ (1)φ λ (2) ∣2ˆf(1)〉 ]∣ φ σ (1)φ ν (2)λ=1 σ=1(2.62)don<strong>de</strong>〈∣ 〉Hµν c ∣ ∣∣= φ µ (1) ∣ĥ(1) φν (1)(2.63)P λσ = 2N∑c λi c σi (2.64)i=1P λσ son los <strong>de</strong>nominados elementos <strong>de</strong> <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong>nsidad y representan <strong>la</strong><strong>de</strong>nsidad electrónica en <strong>la</strong> región <strong>de</strong> recubrimiento φ λ y φ σ Las integrales queaparecen en el término entre corchetes son <strong>la</strong>s integrales bielectrónicas.La resolución <strong>de</strong> <strong>la</strong> Ecuación 2.61 implica una doble diagonalización <strong>de</strong> <strong>la</strong>smatrices F y S que se llevan a cabo mediante diferentes métodos <strong>de</strong> ortogonalización.Sin embargo <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong> Fock está <strong>de</strong>finida ahora por los propioscoeficientes, por eso se ha <strong>de</strong> resolver mediante un proceso iterativo a través<strong>de</strong> método SCF. El procedimiento ha <strong>de</strong> partir <strong>de</strong> un conjunto <strong>de</strong> coeficientes,obtener así <strong>la</strong> matriz <strong>de</strong> Fock F y diagonalizar<strong>la</strong>. El nuevo conjunto <strong>de</strong>
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Bibliografía[1] C. Funk, “On the
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BIBLIOGRAFÍA 157G. Liu, A. Liashen