富勒烯分子中的多自由基特征与自旋阻挫：一项从头算非共线 Hartree--Fock 研究

大多数关于富勒烯分子的 {\em ab initio} 计算都是基于 H"uckel 模型的范式进行的。这与此类计算所依据的独立粒子模型的受限性质是一致的，即使是基于单参考的关联方法也是如此。另一方面，先前使用模型哈密顿量对其中一些分子进行的研究已明确指出了短程原子间自旋 - 自旋相关性的重要性。在本工作中，我们考虑了代表性富勒烯系统的 {\em ab initio} 非共线 Hartree--Fock (HF) 解：C$_{20}$ 的碗状、笼状、环状和五边形异构体，以及较大的 C$_{30}$、C$_{36}$、C$_{60}$、C$_{70}$ 和 C$_{84}$ 富勒烯笼。除环状异构体外，我们在所有情况下均发现 HF 极小值对应于具有扭转自旋密度波的真正非共线解。在广义 HF (GHF) 水平上优化的几何结构导致完全对称的结构，即使在先前曾考虑过 Jahn-Teller 畸变的情况下也是如此。GHF 解的性质与 $\pi$ 电子空间呈现多自由基性质一致：每个 $p$ 轨道实际上保持单占据。由五元环在 otherwise 反铁磁背景中诱导的自旋阻挫，通过在非共线排列中排列自旋而在 HF 水平上被最小化。观察到的长程磁有序让人联想到聚乙炔系统中破缺对称 HF 解的特征。