Взаимодействие между электронами в молекуле, при котором их движения коррелированы, чтобы избегать друг друга.Электронная корреляция — это явление, при котором электроны в молекуле или твёрдом теле не движутся независимо, а согласуют свои движения, чтобы избегать друг друга из-за взаимного отталкивания. В простой картине каждый электрон движется в среднем поле всех остальных, но корреляция учитывает мгновенное, квантово-механическое взаимодействие, когда положение одного электрона влияет на вероятность обнаружения другого поблизости. Этот эффект лежит в основе понимания химической связи, магнетизма и сверхпроводимости, и становится особенно важным в системах с большим числом электронов, таких как переходные металлы или сильно взаимодействующие материалы.
Концепция электронной корреляции возникла в 1930-х годах с развитием квантовой химии. Вальтер Гайтлер и Фриц Лондон ввели идею коррелированного движения электронов в молекуле водорода, а позже, в 1950-х годах, был формализован метод Хартри-Фока, который сделал явной недостающую корреляционную энергию. Термин «электронная корреляция» был популяризирован Пер-Оловом Лёвдином в 1950-х годах.
В квантовой механике электроны описываются волновыми функциями, распределёнными в пространстве. Если бы электроны были независимыми, полная волновая функция была бы простым произведением одноэлектронных состояний. Но поскольку электроны отталкиваются друг от друга, их движения становятся запутанными: волновая функция должна быть суперпозицией многих таких произведений с амплитудами, которые подавляют конфигурации, где два электрона находятся близко друг к другу. Это математически описывается такими методами, как конфигурационное взаимодействие или теория связанных кластеров, которые включают возбуждённые конфигурации. Корреляционная энергия — разница между точной энергией и энергией среднего поля (метод Хартри-Фока) — является мерой того, насколько скоординированы движения электронов. В процессах, зависящих от времени, таких как динамика электронов под действием лазера, корреляция проявляется как одновременный отклик нескольких электронов, приводящий к таким эффектам, как миграция заряда или эмиссия коррелированных электронных пар.
Электронная корреляция необходима для точных предсказаний в вычислительной химии, таких как скорости реакций и молекулярные спектры, а также для разработки материалов с заданными электронными свойствами, например сверхпроводников или квантовых точек. Она также играет роль в разработке алгоритмов квантовых вычислений, моделирующих коррелированные электронные системы.
В некоторых сильно коррелированных материалах электроны могут «замерзать» в регулярную структуру, превращая металл в изолятор — это явление называется переходом Мотта, и оно является чисто результатом электронной корреляции.
