重铀元素 Am、Cm、Bk、Cf 在压力下的轨道选择性关联与角动量耦合：多体视角

我们系统地研究了美津（Am）、库尔姆（Cm）、贝克尔姆（Bk）和卡尔福尼（Cf）在常压双六角紧凑（dhcp）和高压面心立方（fcc）相中的电子结构，采用密度泛函理论结合嵌入式动态平均场方法。结果显示，Am 表现出中等程度的关联强度，其 5f 态由 jj 角动量耦合方案主导。在 Cm 和 Bk 中，强电子关联使系统进入局域化 regime，表现为 Hubbard 带形成、有效电子质量显著增大以及非费米液体行为。其磁基态由中间耦合方案中的交换相互作用决定，该方案趋向 LS 耦合。值得注意的是，Cf 重新回到 jj 耦合 regime，但在该系列中表现出最强的轨道选择性关联。原子本征态概率显示，Am 具有中等程度的构成混合，而 Cm、Bk 和 Cf 保持接近固定的三价构型，表明 5f 电子呈局域化。与 dhcp 相比，fcc 结构通常会增强关联效应，表现为更宽的 Hubbard 带隙和更大的价电子状态波动。对动能、势能、自旋灵敏度和电荷灵敏度的分析进一步证实了 5f 电子从 Am 到 Cf 的逐渐局域化以及轨道选择性关联的出现。这一工作构建了 5f 电子在 Am-Cf 系列中的统一图景，阐明了自旋-轨道耦合、电子关联与晶体结构之间的相互作用，并为理解重铀元素在高压下的行为提供了见解。