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自旋向下

鎖定
自旋向下是電子自旋方向的指向用語之一。當自旋量子數等於-1/2時,電子逆着磁場方向取向,用↓表示,稱為自旋向下。
中文名
自旋向下
外文名
spin down
一級學科
工程技術
二級學科
自旋電子學
特    點
電子逆着磁場方向取向
類    型
自旋方向之一

自旋向下自旋電子學

自旋(英語:Spin)是粒子所具有的內稟性質,其運算規則類似於經典力學角動量,並因此產生一個磁場。雖然有時會與經典力學中的自轉(例如行星公轉時同時進行的自轉)相類比,但實際上本質是迥異的。經典概念中的自轉,是物體對於其質心的旋轉,比如地球每日的自轉是順着一個通過地心的極軸所作的轉動。 [1] 
自旋電子學(spintronics),也可以稱為磁電子學,是一門磁學和微電子學相交叉的新興的學科,它研究具有某一自旋狀態(自旋向上或自旋向下)的電子的物運特性,是當前凝聚態物理的熱點領域之一。

自旋向下相關知識簡介

自旋向下自旋量子數

自旋量子數是描述電子自旋運動的量子數。自旋磁量子數用ms表示。除了量子力學直接給出的描寫原子軌道特徵的三個量子數n(主量子數)、l(角量子數)和m(磁量子數)之外,還有一個描述軌道電子特徵的量子數,叫做電子的自旋磁量子數ms。原子中電子除了以極高速度在核外空間運動之外,也還有自旋運動。

自旋向下自旋方向

在經典力學中,一個粒子的角動量不僅有大小(取決於粒子轉動的快慢),而且有方向(取決於粒子的旋轉軸)。量子力學中的自旋同樣有方向,但是是以一種更加微妙的形式出現的。
對於自旋為1/2的粒子,自旋量子數只能取兩個不同的值,+1/2或-1/2。相應的量子態為粒子自旋分別指向+z或-z方向,一般我們把這兩個量子態叫做"自旋向上"和"自旋向下"。

自旋向下自旋向下定義

當自旋量子數等於-1/2時,電子逆着磁場方向取向,用↓表示,稱為自旋向下。

自旋向下其他方向

與之相對應,當自旋量子數等於1/2時,電子順着磁場方向取向,用↑表示,稱為自旋向上。
當兩個電子處於相同自旋狀態時叫做自旋平行,用符號↑↑或↓↓表示。當兩個電子處於不同自旋狀態時,叫做自旋反平行,用符號↑↓或↓↑表示。

自旋向下與自旋向上的區別

眾所周知,電子除了帶有電荷的特性外,還具有自旋的內稟特性。對於普通金屬和半導體,自旋向上和自旋向下的電子在數量上是一樣的,所以傳統的金屬電子論往往忽略電子的自旋自由度。但是對於鐵磁金屬,情況則不同,在鐵磁金屬中,電子的能帶分成兩個子帶,自旋向上子帶和自旋向下子帶。這兩個子帶形狀幾乎相同,只是在能量上有一個位移,這是由於鐵磁金屬中存在交換作用的結果.正是由於兩個子帶在能量上的差別,使得兩個子帶的佔據情況並不相同。在費米麪處,自旋向上與自旋向下的電子態密度也是不同的。這樣在鐵磁金屬中,參與輸運的兩種取向的電子在數量上是不等的,所以傳導電流是自旋極化的。同時由於兩個子帶在費米麪處的電子態密度不同,不同自旋取向的電子在鐵磁金屬中受到的散射也是不同的。 [2] 
參考資料
  • 1.    蘇汝鏗, 物理學, 平裝, 等. 量子力學 (第二版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2002.
  • 2.    遊彪, 盛雯婷, 孫亮,等. 自旋電子學的發展及應用[J]. 自然雜誌, 2003, 25(4):220-224.