Спін електрона - малюнок

Спін електрона — опис, класифікація, приклади



Спін електрона (від англ. “обертання”) належить до фізичної властивості субатомних частинок, відповідно до якої кожна елементарна частинка має власний момент імпульсу фіксованої величини.

Це внутрішня властивість, така як маса або електричний заряд. Коли говорять про спін, замість букви l пишеться буква s.

У 1920 році хіміки дійшли висновку, що з відомими квантовими числами (маса, електричний заряд) було неможливо повністю описати електрони в атомі. У хімії електрони відіграють провідну роль.

Спін електрона

Що таке спін у фізиці

Близько 1925 року три дослідники Ральф Кроніг, Гаудсміт і Уленбек почали з ідеї, що електрон, який обертається навколо атомного ядра, схожий на Землю, що рухається навколо Сонця.

Як Земля має обертальний рух, так і електрон, пов’язаний з атомом, обертається сам по собі.

Повний кутовий момент Землі являє собою векторну суму її орбітального кутового моменту і її кутового моменту обертання.

Розподіл електронів по орбіталям

Але в разі електрона не можна розрахувати його кутовий момент обертання так, як розраховують момент Землі, ґрунтуючись на:

  • масі;
  • радіусі;
  • кутовій швидкості.

Електрон є власником негативного електричного заряду. Обертання створює магнітне поле, яке називається спіном.

Спін забезпечує міру власного моменту імпульсу кожної частинки. Він необхідний, щоб визначити тип частинки.

Додавши спін як четверте число, можна було дати повне пояснення характеристик спектрів атомів, що володіють одним електроном. Можна уявити електрон як м’яч, що крутиться, а спін як пов’язаний з цим обертанням момент. Але в цьому випадку швидкість руху вийде вище швидкості світла.

Прецесія спінів у спіновій хвилі

Існування спіна підтверджується багатьма експериментальними результатами. Досі невідомо, з чого складається спін протона. Не можна провести вимірювання щодо осі X і осі Y одночасно.

Незабаром концепція була поширена на всі субатомні частинки, включаючи:

  • протони;
  • нейтрони;
  • античастинки.

Властивості більшості парамагнітних і феромагнітних речовин визначає обумовлений спіном електрона магнітний момент.

Техніка і наука знайшли широке застосування певних властивостей, пов’язаних з цією фізичною властивістю. Правило Хунда говорить, що сумарний спін повинен бути максимальним (при розподілі електронів в межах енергетичного рівня).

Види орбіталей

Класифікація елементарних частинок по спіну

Яке значення може приймати спінове квантове число?

Принципи квантової механіки вказують, що значення спіна в нормальних умовах обмежені цілим або напівцілим числом, кратним постійній Планка.

  • Ферміони (електрони, кварки, нейтрино) мають напівцілі значення ( ½, 3/2).
  • Бозони (фотони, глюони, бозони) мають спіни 0, 1, 2. У фотона спін — 1.
  • Деякі екзотичні частинки, такі як півонія, мають значення 0.
  • 1/2 – це спін одиночного електрона. Така система називається дублет.

Магнітний спіновий момент існує для незаряджених частинок, таких як фотон. Феромагнетизм виникає через вирівнювання спінів (іноді і від орбітальних магнітних моментів).

В цей час мікроелектроніка знаходить застосування певних властивостей або ефектів, пов’язаних з природою обертання, таких як магнітоопір або гігантський магнітоопір, що використовується в жорстких дисках.

Енергетичні рівні та підрівні

Також розглядається можливість використання цих властивостей для майбутніх комп’ютерів, в яких спін ізольованої системи може служити квантовим бітом (кубітом). Зараз вчені намагаються контролювати спін, використовуючи надкороткі імпульси лазера.

Квантове число характеризує власний момент руху електрона, один зі станів мікрофізичної системи (наприклад, атома, молекули і т.д.), можливих згідно з квантовою теорією. Зазвичай це ціле або напівціле число (n або n + 1/2).

Для чіткого опису системи необхідно надати повний набір чисел (виміряних одночасно).

Відкриття спіна важко переоцінити. Без його відкриття не можна було б побудувати квантові обчислювачі, а багато властивостей атомів і матеріалів так і залишилися б загадкою.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *