スピン軌道相互作用とラッセルサンダース効果の大きな違いは、スピン軌道相互作用が粒子のスピンと軌道運動の相互作用を記述するのに対し、ラッセルサンダース結合効果は複数の電子の軌道角運動量の結合を記述することである。

分析化学におけるカップリングとは、主に軌道や電子などの化学成分間の相互作用のことである。スピン軌道相互作用とラッセル・サンダース効果は、このうちの2つの形態である。ラッセル・サンダース効果とは、一般にLS結合と呼ばれるもので、L軌道とS軌道の角運動量間の相互作用のことである。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. スピン軌道相互作用とは 3. ラッセルサンダース効果とは 4. 横並び比較 - スピン軌道相互作用とラッセルサンダース効果の表形式 5. まとめ

スピン軌道結合は何ですか？

スピン軌道相互作用とは、粒子のスピンとポテンシャル内部の運動との間の相互作用のことです。相対論的な相互作用である。化学におけるスピン軌道相互作用の代表例として、電子の磁気双極子とその軌道運動、および正電荷を持つ原子核の静電場との電磁相互作用により、電子の原子エネルギー準位が変化することが挙げられる。スピン軌道相互作用は、スペクトル線の分裂として検出することができます。これはゼーマン効果として現れ、見かけの磁場と電子から見た磁気モーメントという2つの相対論的効果から生じるものである。

図01：スピン軌道相互作用のポテンシャル

スピン軌道相互作用は、半導体などの物質中で電子を伝導させるスピントロニクス分野において重要な現象である。また、スピン軌道相互作用は、結晶磁気異方性**やスピンホール効果に関与しています。原子のエネルギー準位や固体では、スピン軌道相互作用が観測されます。

ラッセルサンダース効果は何ですか？

ラッセル-ソーンダース効果とは、分析化学における結合効果の一つで、複数の電子の角運動量を強く結合して原子の全電子軌道角運動量を形成するものである。この現象は、Lが軌道角運動量、Sがスピン角運動量であることから、LS結合と呼ばれることが多い。これは、化学の世界で最も単純なカップリング方式の一つである。

図02：LSカップリング

ラッセル-ソーンダース結合は、主に原子番号30以下の軽原子で観測される。このような小さな原子では、電子スピンが相互作用して全スピン角運動量が形成される。全軌道角運動量(l)を形成する電子軌道(l)についても、同様の過程がある。このようなLとSの運動量の相互作用は、LS結合またはラッセル-ソーンダーズ効果と呼ばれています。しかし、大きな磁場では、この2つの運動量が切り離されていることが観察されます。したがって、この現象は外部磁場が小さく弱いシステムにも適用される。

スピン軌道結合とラッセルサンダース効果の違い

分析化学におけるカップリングとは、主に軌道や電子などの化学成分間の相互作用のことである。スピン軌道相互作用とラッセルサンダース効果の大きな違いは、スピン軌道相互作用が粒子のスピンとその軌道運動の相互作用を記述するのに対し、ラッセルサンダース効果は複数の電子の軌道角運動量の結合を記述することです。

スピン軌道相互作用とラッセルサンダース効果の違いを表形式でまとめると、以下のようになります。

概要 - スピノルビット結合 vs. ラッセル効果

分析化学におけるカップリングとは、主に軌道や電子などの化学成分間の相互作用のことである。スピン軌道相互作用とラッセルサンダース効果の大きな違いは、スピン軌道相互作用が粒子のスピンと軌道運動の相互作用を記述するのに対し、ラッセルサンダース結合効果は複数の電子の軌道角運動量の結合を記述することである。

引用

1「スピン軌道相互作用」化学図書室、図書室、2020年8月15日、こちらで閲覧できます。