Спі́н-орбіта́льна взаємодія — вплив спіна на рух квантової частинки.
Спін-орбітальна взаємодія — релятивістський ефект. Вона тим сильніша, чим більша швидкість частинки. Тому, якщо для атомів легких хімічних елементів, електрони яких рухаються доволі далеко від ядра і мають не дуже високі швидкості, спін-орбітальна взаємодія призводить лише до невеликих поправок у енергії станів, для атомів важких хімічних елементів, внутрішні електрони яких перебувають близько до ядра і мають значні швидкості обертання, спін-орбітальна взаємодія є суттєвим ефектом.
Спін-орбітальна взаємодія зв'язує спінову підсистему квантової системи з її координатною підсистемою. Фактично це означає, що завдяки спін-орбітальній взаємодії вектор спіну має орієнтацію в звичайному координатному просторі. Наприклад, у феромагнетику без врахування спін-орбітальної взаємодії спіни електронів могли б бути довільно-орієнтованими. Однак, спін-орбітальна взаємодія призводить до того, що у кристалі існують так звані , жорстко орієнтовані вздовж певних напрямків кристалічної ґратки.
Спін-орбітальна взаємодія зумовлює також велику кількість інших важливих явищ у фізиці мікросвіту. Наприклад, явище фосфоресценції здебільшого зв'язане з переходом збуджених молекул чи збуджень у кристалах із синглетного у триплетний стан. Такий перехід, який називають міжсистемною конверсією, можливий тільки завдяки взаємодії спінової і координатної складових векторів стану.
Математичне формулювання
Релятивістським рівнянням, що описує рух електронів є рівняння Дірака. Це рівняння описує водночас електрони і позитрони, враховуючи їхні спінові стани. Однак, його складність, особливо у випадку багаточастинкової задачі, унеможливлює знаходження точних розв'язків. Якщо розглядати тільки частинки, для яких швидкість руху v набагато менша за швидкість світла, і обмежитися лише поправками, пропорційними , то оператор спін-орбітальної взаємодії запишеться у випадку самоузгодженого поля у вигляді:
,
де a позначає індекс електрона, — оператор кутового моменту a-го електрона,
— (оператор спіну) a-го електрона, а
— певна функція координат електрона.
Якщо — потенціальна енергія електрона в полі ядра з урахуванням екранування іншими електронами, то
,
де m — маса електрона, — зведена стала Планка.
Середнє значення величини функції можна оцінити, як
де Z — атомний номер атома, а — стала тонкої структури. Для легких атомі енергія спін-орбітальної взаємодії невеликі завдяки малому значенню сталої тонкої структури, але для важких атомів, коли Z > 50, вклад спін-орбітальної взаємодії в енергію електрона досягає кількох електронвольт.
Див. також
Ця стаття не містить . (грудень 2016) |
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Spi n orbita lna vzayemodiya vpliv spina na ruh kvantovoyi chastinki Spin orbitalna vzayemodiya relyativistskij efekt Vona tim silnisha chim bilsha shvidkist chastinki Tomu yaksho dlya atomiv legkih himichnih elementiv elektroni yakih ruhayutsya dovoli daleko vid yadra i mayut ne duzhe visoki shvidkosti spin orbitalna vzayemodiya prizvodit lishe do nevelikih popravok u energiyi staniv dlya atomiv vazhkih himichnih elementiv vnutrishni elektroni yakih perebuvayut blizko do yadra i mayut znachni shvidkosti obertannya spin orbitalna vzayemodiya ye suttyevim efektom Spin orbitalna vzayemodiya zv yazuye spinovu pidsistemu kvantovoyi sistemi z yiyi koordinatnoyu pidsistemoyu Faktichno ce oznachaye sho zavdyaki spin orbitalnij vzayemodiyi vektor spinu maye oriyentaciyu v zvichajnomu koordinatnomu prostori Napriklad u feromagnetiku bez vrahuvannya spin orbitalnoyi vzayemodiyi spini elektroniv mogli b buti dovilno oriyentovanimi Odnak spin orbitalna vzayemodiya prizvodit do togo sho u kristali isnuyut tak zvani zhorstko oriyentovani vzdovzh pevnih napryamkiv kristalichnoyi gratki Spin orbitalna vzayemodiya zumovlyuye takozh veliku kilkist inshih vazhlivih yavish u fizici mikrosvitu Napriklad yavishe fosforescenciyi zdebilshogo zv yazane z perehodom zbudzhenih molekul chi zbudzhen u kristalah iz singletnogo u tripletnij stan Takij perehid yakij nazivayut mizhsistemnoyu konversiyeyu mozhlivij tilki zavdyaki vzayemodiyi spinovoyi i koordinatnoyi skladovih vektoriv stanu Matematichne formulyuvannyaRelyativistskim rivnyannyam sho opisuye ruh elektroniv ye rivnyannya Diraka Ce rivnyannya opisuye vodnochas elektroni i pozitroni vrahovuyuchi yihni spinovi stani Odnak jogo skladnist osoblivo u vipadku bagatochastinkovoyi zadachi unemozhlivlyuye znahodzhennya tochnih rozv yazkiv Yaksho rozglyadati tilki chastinki dlya yakih shvidkist ruhu v nabagato mensha za shvidkist svitla i obmezhitisya lishe popravkami proporcijnimi v 2 c 2 displaystyle v 2 c 2 to operator spin orbitalnoyi vzayemodiyi zapishetsya u vipadku samouzgodzhenogo polya u viglyadi V a a a r a l a s a displaystyle hat V sum a alpha a mathbf r a hat mathbf l a cdot hat mathbf s a de a poznachaye indeks elektrona l a displaystyle hat mathbf l a operator kutovogo momentu a go elektrona s a displaystyle hat mathbf s a operator spinu a go elektrona a a a r a displaystyle alpha a mathbf r a pevna funkciya koordinat elektrona Yaksho U r displaystyle U r potencialna energiya elektrona v poli yadra z urahuvannyam ekranuvannya inshimi elektronami to a a ℏ 2 2 m 2 c 2 r a d U r a d r a displaystyle alpha a frac hbar 2 2m 2 c 2 r a frac dU r a dr a de m masa elektrona ℏ displaystyle hbar zvedena stala Planka Serednye znachennya velichini funkciyi a a r a displaystyle alpha a mathbf r a mozhna ociniti yak a a Z a 2 displaystyle langle alpha a rangle Z alpha 2 Gartri de Z atomnij nomer atoma a a displaystyle alpha stala tonkoyi strukturi Dlya legkih atomi energiya spin orbitalnoyi vzayemodiyi neveliki zavdyaki malomu znachennyu staloyi tonkoyi strukturi ale dlya vazhkih atomiv koli Z gt 50 vklad spin orbitalnoyi vzayemodiyi v energiyu elektrona dosyagaye kilkoh elektronvolt Div takozhEfekt Rashbi Cya stattya ne mistit posilan na dzherela Vi mozhete dopomogti polipshiti cyu stattyu dodavshi posilannya na nadijni avtoritetni dzherela Material bez dzherel mozhe buti piddano sumnivu ta vilucheno gruden 2016