Спин-орбитальное взаимодействие — Википедия

Спин–орбитальное взаимодействие Спин-орбитальное взаимодействие Релятивистское взаимодействие спина частицы с её движением внутри потенциала   Приводит к сдвигам уровней атомной энергии электрона   […]

Спин–орбитальное взаимодействие

  • Спин-орбитальное взаимодействие

    • Релятивистское взаимодействие спина частицы с её движением внутри потенциала  
    • Приводит к сдвигам уровней атомной энергии электрона  
    • Обнаруживается в виде расщепления спектральных линий  
  • Энергия магнитного момента

    • Определяется как ΔH = -μ ⋅ B  
    • Магнитное поле B = -v × E/c^2  
    • B = 1/m_ec^2 1/r ∂U(r)/∂r L  
  • Спиновый магнитный момент электрона

    • μS = -gsμB S/ℏ  
    • Спиновый магнитный момент антипараллелен вращательному моменту  
  • Спин-орбитальный потенциал

    • Состоит из ларморовской части и прецессии Томаса  
    • Ларморовская часть: ΔH_L = gsμB ℏ m_ec^2 1/r ∂U(r)/∂r L ⋅ S  
    • Прецессия Томаса: ΔH_T = -μB ℏ m_ec^2 1/r ∂U(r)/∂r L ⋅ S  
  • Общая энергия взаимодействия

    • Полный спин-орбитальный потенциал: ΔH = (gs — 1)μB ℏ m_ec^2 1/r ∂U(r)/∂r L ⋅ S  
    • Прецессия Томаса уменьшает энергию взаимодействия Лармора в 1/2 раза  
  • Оценка энергетического сдвига

    • Благодаря приближениям, можно оценить детальный энергетический сдвиг  
  • Базис для диагонализации гамильтониана

    • Lz и Sz больше не являются сохраняемыми величинами  
    • Определен оператор полного углового момента J = L + S  
    • J2 = L2 + S2 + 2L⋅S  
    • L⋅S = 1/2(J2 — L2 — S2)  
    • Все пять операторов H0, J2, L2, S2 и Jz коммутируют друг с другом и с ΔH  
    • Базис должен быть одновременным собственным базисом этих пяти операторов  
  • Оценка энергии

    • ⟨1/r3⟩ = 2a3n3ℓ(ℓ+1)(2ℓ+1) для гидрогенных волновых функций  
    • ⟨L⋅S⟩ = ℏ2/2(j(j+1) — ℓ(ℓ+1) — s(s+1))  
  • Окончательный энергетический сдвиг

    • ΔE = β2(j(j+1) — ℓ(ℓ+1) — s(s+1))  
    • β = β(n,l) = Z4μ04πgsμB21n3a03ℓ(ℓ+1/2)(ℓ+1)  
  • Спин-орбитальное взаимодействие в твердых телах

    • Спин-орбитальное взаимодействие расщепляет полосы в кристаллических твердых телах  
    • В парамагнитных ионах спин-орбитальные взаимодействия сильнее, чем CEF  
    • В редкоземельных ионах J является хорошим квантовым числом  
    • Основной мультиплет вырожден на 2J + 1  
  • Эффективные гамильтонианы

    • Полосы пропускания объемного полупроводника разделены на тяжелые и легкие отверстия  
    • Верхняя часть валентной зоны описывается четырехдиапазонной моделью Кона и Латтингера  
    • В полупроводниках без инверсионной симметрии дырочные полосы демонстрируют кубическое расщепление по Дрессельхаусу  
  • Взаимодействие Рашбы в двумерном электронном газе

    • Двумерный электронный газ в асимметричной квантовой яме испытывает взаимодействие Рашбы.  
    • Эффективный гамильтониан включает спин-орбитальную часть, параметризованную параметром Рашбы α.  
  • Спин-орбитальное взаимодействие

    • Спин-орбитальная часть гамильтониана связана с квазиимпульсом k и векторным потенциалом A.  
    • Перекрестный продукт (σ × k) инвариантен относительно обращения времени и связан с оператором координат rSO.  
  • Оператор координат rSO

    • В полупроводниках с узким зазором между полосами проводимости и тяжелыми дырками rSO связывает спин электрона S с электрическим полем E.  
    • Энергия взаимодействия равна −e(rSO ⋅ E).  
  • Электрический дипольный спиновый резонанс (EDSR)

    • EDSR — это взаимодействие спина электрона с колеблющимся электрическим полем.  
    • Резонанс достигается при частоте, связанной с расщеплением энергетической зоны, обусловленным спин-орбитальной связью.  
    • EDSR используется для управления спином электронов в квантовых точках и других мезоскопических системах.  

Полный текст статьи:

Спин-орбитальное взаимодействие — Википедия

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх