原子结构与光谱
电子自旋(electron spin)
人们很容易把电子想象成一个小陀螺,像地球那样绕自己的轴旋转。这个画面给了这一概念名字,也解释了电子为何表现得像个有南北极的微型磁铁。但这画面只是拐杖:电子自旋是一种真正的量子性质,背后并没有一个真的在转的小球。
电子自旋是每个电子都携带的一种内禀角动量,与它在空间中的任何运动无关。它是量子化的:一个电子只能是「自旋向上」或「自旋向下」,习惯上记为 +½ 或 −½。这份自旋赋予电子一个磁矩,因而原子会对磁场作出响应;它也提供了第四个量子数,使一个电子的描述得以完整。
自旋至关重要:泡利不相容原理把每个轨道限制为两个电子时,数的正是它;磁性、谱线的分裂、以及磁共振成像的运作,也都以它为基础。需要诚实说明的是:实际上并没有任何东西在真的转动——自旋没有经典对应物,若把它当成物理上的旋转推得太远,这个类比就会失效。
在著名的斯特恩–格拉赫实验中,一束银原子穿过不均匀的磁场后,恰好分裂为两束——中间从无一片连续的弥散。这种干净利落的二分,正是外层电子自旋只能取两个值(向上或向下)的直接证据。
自旋是只有两个取值的量子角动量——向上或向下。
同一轨道中成对的两个电子自旋相反,磁效应相互抵消;而孤立的未成对电子会让原子带有磁性(顺磁性)。
又称
另见