自旋方向 编辑

工程技术术语

自旋方向自旋方向

自旋方向表示电子自旋的方向。自旋量子数等于1/2,表示电子顺着磁场方向取向,用↑表示,说成逆时针自旋;自旋量子数等于-1/2表示逆着磁场方向取向,用↓表示,说成顺时针自旋。

基本信息

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中文名:自旋方向

外文名:spin direction

一级学科:工程技术

二级学科:自旋电子学

分类:逆时针自旋和顺时针自旋

定义:表征电子自旋方向

电子自旋

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电子自旋是电子的基本性质之一,是电子内禀运动或电子内禀运动量子数的简称。1925年G.E.乌伦贝克和S.A.古兹密特受到泡利不相容原理的启发,分析原子光谱的一些实验结果,提出电子具有内禀运动——自旋,并且有与电子自旋相联系的自旋磁矩。由此可以解释原子光谱的精细结构及反常塞曼效应。1928年P.A.M.狄拉克提出电子的相对论波动方程,方程中自然地包括了电子自旋和自旋磁矩。电子自旋是量子效应,不能作经典的理解,如果把电子自旋看成绕轴的旋转,则得出与相对论矛盾的结果。

自旋量子数

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自旋量子数是描述电子自旋运动的量子数。自旋磁量子数用ms表示。除了量子力学直接给出的描写原子轨道特征的三个量子数n(主量子数)、l(角量子数)和m(磁量子数)之外,还有一个描述轨道电子特征的量子数,叫做电子的自旋磁量子数ms。原子中电子除了以极高速度在核外空间运动之外,也还有自旋运动。

直接从Schrödinger方程得不到第四个量子数——自旋量子数ms,它是根据后来的理论和实验要求引入的。精密观察强磁场存在下的原子光谱,发现大多数谱线其实由靠得很近的两条谱线组成。这是因为电子在核外运动,还可以取数值相同,方向相反的两种运动状态,通常用↑和↓表示。

自旋方向简介

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在经典力学中,一个粒子的角动量不仅有大小(取决于粒子转动的快慢),而且有方向(取决于粒子的旋转轴)。量子力学中的自旋同样有方向,但是是以一种更加微妙的形式出现的。

在量子力学中,对任意方向的角动量分量的测量只能取如下值:

其中ms是自旋量子数。可以看出对于给定的s,可以取“2ms+1”个不同的值。例如:对于自旋为1/2的粒子,

只能取两个不同的值,+1/2或-1/2。相应的量子态为粒子自旋分别指向+z或-z方向,一般我们把这两个量子态叫做"spin-up"和"spin-down"。

对于一个给定的量子态,可以给出一个自旋矢量

,它的各个分量是自旋沿着各坐标轴分量的数学期望值,

。这个矢量描述自旋所指的“方向”,对应于经典物理下旋转轴的概念。

自旋向上和自旋向下

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ms= 1/2,表示电子顺着磁场方向取向,用↑表示,说成逆时针自旋;ms=-1/2表示逆着磁场方向取向,用↓表示,说成顺时针自旋。当两个电子处于相同自旋状态时叫做自旋平行,用符号↑↑或↓↓表示。当两个电子处于不同自旋状态时,叫做自旋反平行,用符号↑↓或↓↑表示。

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