电子自旋

Posted bitren豪

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了电子自旋相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

  问题:所谓的“泡利算符” 其物理意义是什么?

  理解:所谓的Pauli 矩阵是人们选取的一种适当的数学工具,用来唯象地描述与自旋相关的实验特点。按照这个逻辑,用包含 Pauli 算符的理论计算能够解释和设计实验就是很显然的事情了,因为它本来就是为了与实验相契合而被发明的概念和理论。

 

 

  提出电子自旋的实验根据与自旋的特点。

  在物理学研究中,往往是新的实验现象激励着理论研究者提出好的理论解释(如提出新的物理概念和相应的理论方法),而理论反过来又促进了实验工作的发展。

  为了解释光谱分析中进一步碰到的矛盾,乌伦贝克和哥德斯密特于1925年提出了电子自选的假设。其根据为2个实验事实:

  1. 碱金属光谱的双线结构

    (实际上要用自旋轨道耦合才能合理解释。)

  2.反常 Zeeman效应

   1912年发现了反常塞曼效应——在弱磁场中原子光谱线的复杂分裂。

  

  事实上,电子自旋及相应的磁矩是电子本身的内禀属性,所以也称为内禀角动量和内禀磁矩(intrinsic magnetic moment)。

  标着着电子的新的自由度!

  实验证实:Stern-Gerlach 实验。

  实验中设置沿z方向的非均匀磁场,一束银原子沿y方向射入磁场,在观测屏上出现2条亮线。

  (内禀磁矩和外磁场的相互作用

  说明:除静质量、电荷外,电子有一个新的内禀自由度,称为spin. 

  术语:g因子——回转磁比值。

 

  如何描述自选态?

  波函数中要包括自旋投影这个变量。

  


 

自旋算符与Pauli 矩阵

  自旋的系统理论属于相对论量子力学范围,它是电子场在空间转动下的特性的反映。

  在非相对论量子力学中,可以唯象地根据实验反映出来的自选特点,选取适当的数学工具来描述它。  

  思路: 考虑到自旋具有角动量特征,那么很自然地可以给其3个分量,即引进无量纲的Pauli 算符。且沿任何指定方向的投影只能只能取±1.    一系列对易关系完全刻画了Pauli 算符的代数性质。

  以上只是Paili算符满足的抽象代数式; 我们可以选一个具体表象把它们表示成矩阵形式。习惯上选 σz 表象,即σz 对角化表象。

 


 

 

 

 

  

 

以上是关于电子自旋的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

四个量子数

MTJ笔记

塞曼效应以及能级的计算

实施电子服务的载体是啥

研究人员开发一种新的MRAM单元结构

MRAM的优势与劣势