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과학

전자 스핀

전자 스핀과학
영어
Electron spin
스핀 양자수
s=1/2
각운동량 크기
√3ℏ/2
축 성분
S_z=±ℏ/2
전자 스핀은 전자가 갖는 고유 각운동량이다. 전자의 스핀 양자수는 s=1/2이고 선택한 축으로 측정한 성분은 ±ℏ/2 두 값이다. 이를 작은 구가 고전적으로 자전하는 그림과 완전히 같다고 해석할 수는 없다.

크기와 축 성분

각운동량의 크기는 √(s(s+1))ℏ이므로 전자에서는 √3ℏ/2다. 반면 z축 성분은 m_sℏ이며 m_s=±1/2다. 두 축 성분의 값과 각운동량 전체 크기를 같은 숫자로 혼동하면 안 된다.

스핀 업과 다운

업과 다운은 정한 축에 대한 두 성분 상태의 이름이다. 공간에 절대적인 위쪽과 아래쪽을 미리 지정하는 이름이 아니다. 같은 전자 상태도 측정 축을 바꾸면 다른 축의 업과 다운의 중첩으로 표현될 수 있다.

자기모멘트와 연결

전자의 스핀에는 자기모멘트가 연결되어 외부 자기장과 상호작용한다. 전하가 음수이므로 자기모멘트의 방향은 스핀 각운동량과 반대다. 이 스핀 기여는 궤도 각운동량에 따른 자기모멘트와 구별해야 한다.

원자의 상태 채움

같은 공간 오비탈에 두 전자가 들어가려면 두 스핀 상태로 구별되어야 한다. 이 관계는 배타 원리와 전자 배치를 이해하는 데 중요하다. 하지만 스핀을 전자가 실제로 정해진 궤도를 도는 운동으로 바꾸어 설명하면 궤도 각운동량과 뒤섞이게 된다.

관련 문서

양자수 / 전자 / 페르미온 / 파울리 배타 원리 / 궤도 자기모멘트 / 자기장 / 전자 배치 / 양자역학