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氢原子轨道精细结构 精细结构耦合

2020-10-08知识26

自旋轨道耦合意义? 又称为自旋轨道相互作用(spin-orbit coupling),是粒子的自旋与轨道动量的相互作用引起的轨道能级上的”细小“分裂。最有名的例子,在弱磁场下,碱金属(最外层有一价电子)在自旋轨道耦合的作用下,原子的光谱线出现分裂,称为反常塞曼效应。

氢原子轨道精细结构 精细结构耦合

氢原子轨道精细结构 谱线的精细结构是由能级的精细结构决定的,不考虑相对论效应及电子自旋与轨道的相互作用时,氢原子的能量为E_n=—Rhc/n~2 n=1,2,3,…(1)通常称为能级,该式只与主量子数n有关。

氢原子轨道精细结构 精细结构耦合

什么叫基态的两个超精细能(见秒的定义) 的确是最低能级。简单说来,电子有自旋磁矩,原子核的磁场,电子会感受到,这是就会有自旋-轨道耦合,产生了能级的精细结构。而原子核也能感受到电子的磁场,这是原子核磁矩与电子磁场的耦合,就是超精细结构。由于这种作用,所以通过精度很高的测量手段,比如谐振腔,或者激光光谱,就能发现其实还有这种分裂。根据不确定原理,能量不确定*寿命≈h普朗克常数(数量级是对的)从而知道基态的寿命不确定很小,也就可以用来做时间度量。备注:关于自旋,简单说来。类比电荷产生电场,电流也会产生磁场。电荷会在外加电场下运动,那么电流的载体(自旋磁矩)也会在外加磁场下运动。电子有自旋,而外加磁场必然存在,就是由原子核提供。这是精细结构;同样,核磁矩感受到电子带来的磁场就有了超精细结构。精细结构比正常的能级结构(由主量子数和角量子数决定)小几个数量级,但是比超精细结构大几个数量级。此外相对论效应也会影响精细结构。

氢原子轨道精细结构 精细结构耦合

为什么在凝聚态物理学研究中自旋轨道耦合作用如此重要? 自旋轨道耦合作用,英文是Spin Orbital Coupling,简称SOC。简单来讲,自旋轨道耦合就是自旋磁矩和轨道磁矩通过某种机制耦合在了一起,产生了相互作用。在这里我们可以不必去看自旋轨道耦合的细节,而从以下两个事实入手:自旋轨道耦合作用会使原子能级产生分裂,出现能级的精细结构;一般来讲,原子序数越大,即原子越重,自旋轨道耦合作用越强。首先我们来看第一点,自旋轨道耦合使能级产生了分裂。这种分裂为什么重要呢?如果我们不考虑自旋轨道耦合,不同的自旋态之间的能级是简并的。对于凝聚态的体系则经常说自旋向上和自旋向下的能带是简并的。如果我们加入自旋轨道耦合作用,自旋将不再是一个好量子数。这种情况下不同自旋态之间的简并便有可能被消除。消除自旋态的简并需要什么条件呢?那就是打破某些对称性,用专业术语来讲就是让对称性产生破缺。对称性破缺是物理学上一个很重要的概念,在物理学的许多领域都有应用。对应于凝聚态领域,我们可以想象这样一种情况:水在温度足够低时会变成冰,如果条件合适便会变成冰晶体。我们可以认为水是各向同性的,但冰不是。因此水变成冰的过程就是一个对称性破缺的过程:冰的对称性要低于水。回到正题,要消除自旋态的简并。

自旋量子数的正负怎么判断? 电子的自旋方向只有两个,顺时针(+1/2)和逆时针(-1/2)<;br>;1、洪德定则是判断原子中由同一电子组态按LS 耦合形成的诸多重谱项及其能级高低排列顺序的经验规律。

什么是最小精细结构 原子中电子自旋-轨道相互作用引起的原子能级的多重分裂结构。通常在一些较轻元素中,这种分裂是精细的,对重元素这种分裂较大。原子中自旋与轨道相互作用,不同的自旋方向引起能量的改变。单电子情形,电子自旋,有两个取向,一般能级分裂为两个,能级的精细结构是双重的;两个价电子情形,总自旋 S=0和1,对应的能级精细结构是单态和三重态;同理,3 个价电子情形,能级精细结构是双重态和四重态,等等。精细结构的能级裂距与原子序数的平方成正比,与表征精细结构的精细结构常数a的平方成正比。精细结构能级间隔遵从朗德间隔定则,相邻的能级间隔之比同有关的两个总角动量即J值中较大的J值成正比。由此可以确定原子是否属于LS耦合。原子能级的精细结构使得原子跃迁时发出的光谱线也具有精细结构。研究光谱线的精细结构,可获得原子内部自旋-轨道相互作用的信息。

什么是光谱的精细结构?产生精细结构的原因是什么 答案:碱金属原子光谱精细结构形成的根本物理原因是电子的自旋轨道耦合碱金属原子光谱精细结构形成的根本物理原因:电子自旋的存在-轨道的相互作用、电子的自旋轨道耦合。

什么是超精细结构,在弱外磁场和 强外磁场情况下,超精细分裂的情况如何? 和精细结构类似,原子中电子自旋-轨道相互作用引起的原子能级的多重分裂结构是精细结构,而由于核磁矩和核电四极矩引起的原子能级和光谱的多重分裂就是超精细结构.弱磁场下是塞曼效应,强磁场下是帕邢-巴克效应.也就是看角动量间的耦合是否被磁场破坏

世界上真的有二维空间吗? 不谈理论,只谈实际无需确切,猜测也好啊… 真有,在粒子的内部空间。所谓内部空间,当然是相对于我们生活的外部空间来说的,但是内部-外部之间不一定会有一个象足球的内。

自旋轨道耦合意义?

#自旋-轨道耦合#自旋#自旋量子数#能级#电子能级

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