Спин-орбитальное взаимодействие в словарях и энциклопедиях
взаимодействие частиц, зависящее от величин и взаимной ориентации их орбитального и спинового моментов количества движения и приводящее к т. н. тонкому расщеплению уровней энергии системы (см. Тонкая структура). С.-о. в. — релятивистский эффект (См. Релятивистские эффекты); формально оно получается, если энергию быстро движущихся во внешнем поле частиц находить с точностью до v2/c2, где v — скорость частицы, с — скорость света.
Наглядное физическое истолкование С.-о. в. можно получить, рассматривая, например, движение электрона в атоме водорода. Движение вокруг ядра приводит в общем случае к появлению у электрона орбитального механического момента количества движения и (вследствие того, что электрон — заряженная частица) пропорционального ему орбитального магнитного момента. В то же время электрон обладает собственным моментом количества движения — Спином, с которым связан спиновый магнитный момент. Добавки к энергии электрона, вызванные взаимодействием орбитального и спинового магнитных моментов, зависят от взаимной ориентации моментов, т. е. определяются С.-о. в. Так как проекция спина электрона на любое выбранное направление, в данном случае на направление орбитального момента, может принимать два значения + ħ/2 и — ħ/2 (где ħ — постоянная Планка), которым отвечают разные энергии взаимодействия с орбитальным моментом, то С.-о. в. приводит к расщеплению уровней энергии в атоме водорода (и водородоподобных атомах (См. Водородоподобные атомы)) на два близких подуровня (к дублетной структуре уровней). У многоэлектронных атомов С.-о. в. определяется (как правило) взаимодействием полного орбитального и полного спинового моментов электронов, и картина тонкого (мультиплетного) расщепления уровней энергии оказывается более сложной. (Атомы щелочных металлов, у которых полный спин электронов равен ħ/2, также обладают дублетной структурой уровней.)
Наглядное представление о С.-о. в. как взаимодействии магнитных моментов не является общим и может играть лишь вспомогательную роль, поскольку С.-о. в. существует и у нейтральных частиц (например, у нейтронов), имеющих и орбитальный, и спиновый механические моменты. Весьма существенно С.-о. в. нуклонов (протонов и нейтронов) в атомных ядрах, вклад которого в полную энергию взаимодействия достигает 10 %.
Лит. см. при ст. Атом.
В. И. Григорьев.
СПИН-ОРБИТАЛЬНОЕ взаимодействие - взаимодействие частиц, зависящее от величин и взаимной ориентации их спинового и орбитального моментов; обусловливает тонкую структуру уровней энергии системы.
spin-orbit interaction
spin-orbit coupling, spin-rotational coupling
взаимодействие ч-ц, зависящее от величины и взаимной ориентации их орбитального и спинового моментов кол-ва движения и приводящее к т. н. тонкой структуре уровней энергии системы. С.-о. в.— релятив. эффект; формально оно получается, если энергию быстро движущихся во внеш. поле ч-ц находить с точностью до v2/с2, где v — скорость ч-цы.
Наглядное физ. истолкование С.-о. в. можно получить, рассматривая, напр., движение эл-на в атоме водорода. Эл-н обладает собств. моментом кол-ва движения — спином, с к-рым связан спиновый магн. момент. Эл-н движется вокруг ядра по нек-рой «орбите» (примем этот полуклассич. образ). Обладающее электрич. зарядом ядро создаёт кулоновское электрич. поле, к-рое должно оказывать воздействие на спиновый магн. момент движущегося по «орбите» эл-на. В этом легко убедиться, если мысленно перейти в систему отсчёта, в к-рой эл-н покоится (т. е. в систему, движущуюся вместе с эл-ном). В этой системе ядро будет двигаться и, как любой движущийся заряд, порождать магн. поле Н, к-рое будет воздействовать на магн. момент m эл-на. Добавки к энергии эл-на, обусловленные этим вз-ствием, зависят от ориентации m и равны -mH=-mHH. Т. к. проекция mH магн. момента m на направление Н может принимать два значения (±1/2 в ед. ћ), то С.-о. в. приведёт к расщеплению уровней энергии в атоме водорода (и водородоподобных атомах) на два близких подуровня — к дублетной структуре уровней. У многоэлектронных атомов картина тонкого (мультиплетного) расщепления уровней энергии более сложная. Атомы щелочных металлов, у к-рых полный спин эл-нов равен 1/2, также обладают дублетной структурой уровней.
С.-о. в. существует и у нейтр. ч-ц, имеющих и орбитальный, и спиновый механич. моменты, напр. у нейтронов. Весьма существенно С.-о. в. в ат. ядрах, вклад к-рого в полную энергию вз-ствия велик (до =10%).
,
взаимодействие между магн. моментами, связанными со спиновыми и орбитальными моментами кол-ва движения электронов и ядер в квантовой системе - атоме, молекуле, кристалле и т. п. С.-о. в. обусловливает вклад в энергию системы, к-рому отвечают три слагаемых гамильтониана в ур-нии Шрёдингера. Первое слагаемое связано с магн. полем, возникающим при перемещении электрона относительно ядра в электрич. поле ядра и действующим на спиновый магн. момент; второе-с магн. полем, возникающим при движении данного электрона в электрич. поле всех остальных электронов, третье-с взаимод. спинового магн. момента данного электрона с магн. полями, создаваемыми всеми остальными электронами при их движении.
Для электронов i и jс радиусами-векторами
i и
j > их С.-о. в. друг с другом и с ядрами а, заряды к-рых равны Za (в единицах элементарного заряда е) и радиусы-векторы Ra, приводит к дополнит. вкладу в гамильтониан системы, состоящему из след. трех сумм:
где Р и m В-> постоянная Планка и магнетон Бора соотв.; Ria = ri-Ra, rij=ri Ч rj(rij -длина вектора rij); Iia >= = (ri Ч Ra)x pi - момент кол-ва движения i-го электрона относительно начала системы координат на ядре a, рij = =pi - pj, Iij = rij x pi,< si -оператор спина i-го электрона.
Из этих сумм, как правило, осн. вклад в энергию системы дает первая, тогда как вторая и третья (их обычно наз. "взаимодействия спин-другая орбиталь") дают значительно меньшие вклады. Если ими пренебречь, оператор С.-о. в. сводится к следующему:
где - ф-ции координат электронов и ядер, а также зарядов ядер. Эти ф-ции пропорциональны , поэтому при их усреднении по всем возможным положениям электронов наиб. существенны те конфигурации системы, при к-рых электроны находятся вблизи ядер. Если волновая ф-ция молекулы образована из мол. орбиталей в форме линейной комбинации атомных орбиталей (см. ЛКАО-приближение), то в средние величины основной вклад дают интегралы , вычисляемые с атомными орбиталями ca, центрированными на ядре a (см. Орбиталь). Обычно ф-ции (
С.-о. в. приводит к расщеплению вырожденных уровней мультиплета, что проявляется в атомных и мол. спектрах как тонкая структура. Так, вследствие С.-о. в. низший возбужденный уровень атомов щелочных металлов расщепляется на два: 2P1/2 и 2 Р 3/2,где индекс внизу указывает квантовое число полного момента кол-ва движения электрона на внеш. оболочке пр. Для Na (Z = 11, n= 3) это расщепление составляет 17,2см -1, для К (Z=19, n =4) 57,7 см -1, для Cs (Z =55, n = 6) 554,1 см -1. У атомов галогенов расщепление уровней для np -электронов еще больше, а постоянные С.-о. в. таковы: для F 272 см -1, для Сl 587 см -1, для I 5060 см -1.При достаточно сильном С.-о. в. понятие мультиплетности термов вообще теряет смысл и рассматривается лишь полный момент кол-ва движения электронов, а не спин и орбитальный момент в отдельности. Запрет на квантовые переходы между уровнями с разной мультиплетностью при наличии С.-о. в. снимается, что приводит, напр., к фосфоресценции - излучат. переходу из состояний с временами жизни, обратно пропорциональными квадратам матричных элементов оператора С.-о. в., и к ин-теркомбинац. конверсии (см. Люминесценция, Фотохимические реакции).Поскольку время фосфоресценции зависит не только непосредственно от времени жизни "фосфоресцирующего" состояния рассматриваемых молекул, но и от среды, в к-рой они находятся, для учета этой зависимости вводят представление о межмолекулярном С.-о. в. У двухатомных и линейных многоатомных молекул соотношение С.-о. в. и др. взаимодействий, напр. спин-вращательного, позволяет выделять разл. случаи связи спинов, орбитальных и др. моментов (см. Хунда случаи связи),что дает возможность для каждого случая связи проводить специфич. классификацию квантовых состояний молекулы.
В выражении для
Лит. см. при ст. Спин. Н. В. Степанов.
спин-орбита́льное взаимоде́йствие
взаимодействие частиц, зависящее от величин и взаимной ориентации их спинового и орбитального моментов количества движения; обусловливает тонкую структуру уровней энергии системы.
* * *
СПИН-ОРБИТАЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕСПИН-ОРБИТА́ЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕ́ЙСТВИЕ, взаимодействие частиц, зависящее от величин и взаимной ориентации их спинового и орбитального моментов; обусловливает тонкую структуру уровней энергии системы.
spin-orbit coupling, spin-rotational coupling
* * *
spin-orbit interaction
interazione spin-orbita
взаимодействие частиц, зависящее от величин и взаимной ориентации их спинового и орбитального моментов кол-ва движения; обусловливает тонкую структуру уровней энергии системы.
Большой Энциклопедический словарь. 2000.