Published July 2005 | Version v1
Journal article

Metastable cluster of He*4

  • 1. Moskovskij Inzhenerno-Fizicheskij Inst. (Gosudarstvennyj Univ.), Moscow (Russian Federation)

Description

The existence of a metastable cluster He*4 with total spin S = 2 is predicted. The cluster consists of two covalently bound excited spin-polarized triplet He*2 molecules and is rectangular in shape. The electron wave functions, the dependence of the energy of the He*4 system on the distance between the He*2 triplet molecules, the atomic spacing, the frequency spectrum of natural oscillations of the cluster and other characteristics are calculated from the first principles. It is shown that the metastable state is formed if one of the excited He*2 molecules is in the 3Σu+ state, while the other is in the 3Πg state. The radiation lifetime of the metastable cluster He*4 is calculated; it is found to range from 100 to 200 s, which is much longer than the lifetime τ ∼ 20 s of the triplet molecule He*2 (3Σu+). The height U ∼ 0.5 eV of the potential barrier preventing the departure from the local energy minimum is determined. The energy Eacc ∼ 9 eV/atom accumulated in the cluster is calculated; this energy considerably exceeds the energy of the known chemical energy carriers. It is shown that the accumulated energy is released actually completely during decomposition of the cluster He*4 into individual helium atoms. This means that helium clusters are a promising material with a high accumulated energy density (HEDM)

Abstract (Russian)

Предсказано существование метастабильного кластера Не*4 с полным спином S = 2, состоящего из двух ковалентно-связанных возбужденных спин-поляризованных триплетных молекул Не*2 и имеющего прямоугольную форму. Первопринципными методами рассчитаны электронные волновые функции, зависимость энергии системы Не*4 от расстояния между триплетными молекулами Не*2, межатомные расстояния, спектр частот собственных колебаний кластера и другие характеристики. Показано, что метастабильное состояние формируется, если одна из возбужденных молекул Не*2 находится в состоянии 3Σu+, а другая - в состоянии 3Πg. Вычислено радиационное время жизни метастабильного кластера Не*4, которое оказалось равным τ = 100-200 с, что существенно больше времени жизни τ ≅ 20 с триплетной молекулы Не*2 (3Σu+). Определена высота потенциального барьера U ≅ 0.5 эВ, препятствующего уходу из локального минимума энергии. Рассчитана запасаемая в кластере Не*4 энергия Еacc ≅ 9 эВ/атом, что значительно превосходит энергию известных химических энергоносителей. Показано, что запасаемая энергия выделяется практически полностью при делении кластера Не*4 на отдельные атомы гелия. Это говорит о перспективности использования кластеров гелия в качестве материала с высокой плотностью запасаемой энергии (НЕDM)

Additional details

Additional titles

Original title (Russian)
Метастабильный кластер гелия He*

Publishing Information

Journal Title
Zhurnal Ehksperimental'noj i Teoreticheskoj Fiziki
Journal Volume
128
Journal Issue
1
Journal Page Range
p. 54-66
ISSN
0044-4510
CODEN
ZETFA7

Optional Information

Notes
21 refs., 8 figs.