原子范德华二聚体中多极色散与泡利排斥之间的量子力学力平衡

具有范德华（vdW）键合的原子和分子系统的结构与稳定性通常由吸引性色散相互作用与由电子受限引起的排斥相互作用之间的相互作用决定。由于不同机制产生——色散来自电子关联，交换排斥来自泡利不相容原理——这些相互作用似乎没有直接的联系。在本文中，我们使用一种粗粒度方法评估两个耦合量子德鲁德振子的交换能，并在库仑势的多极展开中研究在平衡距离处吸引力和排斥力的相互补偿。这种补偿产生了一个紧凑公式，将原子的 vdW 半径与其多极极化率联系起来，$R_{\rm vdW} = A_l^{\,}\, \alpha_l^{{2}/{7(l+1)}}$，其中 $l$ 是多极阶数，$A_l$ 是转换因子。这种关系是引人注目的，因为它将孤立原子的电子性质（原子极化率）与由两个闭壳层原子组成的二聚体中的平衡距离联系起来。我们评估了所揭示公式对稀有气体、碱土金属和碱金属原子的准确性，并表明 $A_l$ 可以被假定为普适常数。除了对 vdW 半径的无缝定义外，所提出的关系也可用于仅基于相应的偶极极化率和 vdW 半径来高效确定原子多极极化率。最后，我们的工作为通过平等结合多极原子间交换力和色散力来构建高效且最小经验性的原子间势提供了基础。