Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
СПИН-ОРВИТАЛЬНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ - вза-
имодействие частиц, зависящее от величин и взаимной ориентации их орбитального и спинового моментов кол-ва движения и приводящее к т. и. тонкому (мульти-плетному) расщеплению уровней энергии системы (CM. Тонкая структура). С.-о. в.— релятивистский эффект; формально оно получается, если энергию быстро движущихся во внеш. поле частиц находить с точностью до V2Zc2, где V — скорость частицы.
Наглядное физ.истолкование С.-о. в. можно получить, рассматривая, напр., движение электрона в атоме водорода. Электрон обладает собств. моментом кол-ва движения — спином, с к-рым связан спиновый магн. момент. Электрон движется вокруг ядра по иек-рой «орбите» (примем этот полуклассич. образ). Обладающее электрич. зарядом ядро создаёт кулоиовское электрнч. поле, и-рое должно оказывать воздействие на спиновый магн. момент движущегося по «орбите» электрона. В этом можно убедиться, если мысленно перейти в систему отсчёта, в к-рой электрон покоится (т. е. в систему, движущуюся вместе с электроном). В этой системе отсчёта ядро будет двигаться и как любой движущийся заряд порождать магн. поле Н, к-рое будет воздействовать на магн. момент р, электрона. Электроя получит дополнит. энергию AJ, обусловленную этим взаимодействием н зависящую от ориентации р: AJ = —jmH = — р.дЯ. Т. к. проекция магн. момента jx ва направление H может принимать два значения (±1/2, в единицах А), то С.-о. в. приводит к расщеплению уровней энергии в атоме водорода (и водородоподобиых атомах) иа два близких подуровня — к дублетной структуре уровней.
У многоэлектронных атомов картина тонкого расщепления уровней энергии оказывается более сложной. Атомы щелочных металлов, у к-рых полный спин электронов равен 112, также обладают дублетной структурой уровней энергии.
С.-о. в. существует и у нейтральных частиц, напр, у нейтронов, имеющих и орбитальный и спиновый механич. моменты. Весьма существенно С,-о. в. в атомных ядрах, вклад к-рого в полную энергию взаимодействия велик (достигает 10%). В. И. Григорьев.
СПИНОРНАЯ ЧАСТИЦА — частица с полуцелым спином. Часто под С. ч. понимают частицу со спином 1Z2 (электрон, протон, кварк и т. д.). В квантовой механике волновая ф-ция С. ч. подчиняется Дирака у равнению илн (для частиц с нулевой массой) Вейля уравнению. В квантовой теории поля С. ч. является квантом спи-норного поля.
СПИНОРНОЕ ПОЛЕ — набор физ. полей, преобразующихся в каждой точке пространства-времени при пространственных поворотах системы иоордннат по представлениям группы вращения с полуцелым индексом (CM. Вращений группа). Квантами С. п. в квантовой теории поля являются спинорные частицы. СПИН-СПЙНОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — магн. взаимодействие между спиновыми магн. моментами эле-
ктронов, атомных ядер, парамагн. атомов н ионов. Энергия С.-с. в. зависит от взаимной ориентации спинов этих частнц. Благодаря своей релятивистской природе С.-с. в., как правило, значительно слабее др. взаимодействий (электростатических, обменных и др.), определяющих структуру энергетич. уровней атомных н молекулярных систем. Поэтому С.-с. в. определяет обычно лишь малое расщепленне или уширение спектральных линий (см. Радиоспектроскопия, Спектроскопия). В простейших случаях величина С.-с. в. определяется диполь-дипольным взаимодействием спиновых магнитных моментов Uf, Jij частиц і, / и имеет энергию порядка Si j ~ Jil-Jij/г*, где г — расстояние между частицами. Для типичных атомных масштабов величина Sjj оказывается порядка 10"*—IO'6, IO-7—IO-8 н IO'11 эЬ соотв. для электрон-электронного, электронно-ядер-ного н ядерно-ядерного взанмодействий.
Электрон-электронное С.-с. в. в свободных атомах н ионах прнводнт лишь к малому сдвнгу энергетич. уровней, не вызывая нх расщепления. В молекулах, где центр, симметрия нарушена, такне расщеплеяня возникают и дают вклад в мультнплетиую тонкую структуру спектров (т. н. 2-уровни; см. Молекула). Аналогичный эффект возникает и прн понижении симметрии во внутрикристаллическом поле твёрдого тела.
Электронно-ядерное С.-с. в. между орбитальными электронами атома (иона, молекулы) н обладающим спином ядром атома прнводнт к сверхтонкой структуре спектров, обусловленной завнснмостью анергин атома от орнентацин ядерного спнна I в магн. поле, созданном суммарным спином электронов S (см. Сверхтонкое взаимодействие). Аналогичная сверхтонкая структура наблюдается н в спектрах электронного парамагнитного резонанса, где она обусловлена С.-с. в. неспаренных электронов пррамагн, центров (см. Парамагнетизм) как с нх собств. ядрами, тан н с ядрами ближайших соседей (суперсверхтонкаи структура).
В электронных парамагнетиках С.-с. в. между парамагн. центрами в значит, степени определяет форму и ширину линий ЭПР. В этом случае принято понимать термин «С.-с. в.* более широко: кроме магнитной (днполь-днпольной) энергии к нему относят н обменное взаимодействие, к-рое также зависит от взаимной орнентацин спинов и формально рассматривается как «псевдоднпольное».
С.-с. в. между ядрами атомов, входящих в криста л л ич. решётку твёрдого тела, определяет форму линий ядерного магнитного резонанса и даёт информацию о структуре вещества и внутр. атомно-молекулярных движениях. В жидкостях быстрое тепловое движение атомов н молекул приводит к тому, что анизотропная часть ядерно-ядерного С.-с. в., усредняясь, уменьшается практически до нуля. Это ведёт к резкому сужению линий н повышению разрешающей способности ЯМ Р. Сходных результатов можно достигнуть и в твёрдых телах за счёт быстрого вращения обрааца либо с помощью спец. радиочастотных полей, заставляющих идерные С]1ины быстро менять свою ориентацию. Косвенное ядерное С.-с. в., обусловленное очень слабым взаимодействием ядериых спинов Ii и Ij через общую электронную систему молекулы, носит изотропный характер и поэтому не усредняется. Оно образует малые (-'-I Гц) мультиплетиые расщепления в спектрах ЯМР высокого разрешения. Этн расщепления не зависят от величины виеш. магн. поля н могут быть использованы для илассификацни н структурного анализа сложных молекул и их фрагментов.
