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ランデのg因子

1921
  • Alfred Landé
量子力学研究のために分光器を分析する科学者のいる研究室の風景。.

(画像はイメージです)

ランデのg因子([latex]g_J[/latex])は、原子の全エネルギーと原子のエネルギーを関連付ける無次元の比例定数である。 磁気モーメント 弱場極限における全角運動量に対して。これは異常を定量的に説明するために重要である。 ゼーマン効果その値は次の式で与えられます。[latex]g_J = 1 + frac{J(J+1) + S(S+1) – L(L+1)}{2J(J+1)}[/latex]、ここで、L、S、Jは量子数です。

ランデのg因子は、電子スピンの概念が完全に定式化される前の1921年に、異常ゼーマン効果の実験データを経験的にフィッティングする方法としてアルフレッド・ランデによって導入されました。その理論的正当性は、後に量子力学の発展とともに確立されました。この式は、軌道角運動量([latex]vec{L}[/latex])とスピン角運動量([latex]vec{S}[/latex])が、スピン軌道結合により、それらの合成全角運動量ベクトル([latex]vec{J}[/latex])の周りを高速で歳差運動すると考えられる原子のベクトルモデルから導き出されます。弱い外部磁場との相互作用は、はるかに遅いものです。したがって、磁場は時間平均磁気モーメントと効果的に相互作用します。これは、全磁気モーメント([latex]vec{mu}_L + vec{mu}_S[/latex])を[latex]vec{J}[/latex]の方向に投影したものです。

g因子は、軌道運動([latex]g_L=1[/latex])とスピン([latex]g_S approx 2[/latex])における磁気モーメントと角運動量の比の違いを本質的に考慮したものです。[latex]S=0[/latex]の場合、[latex]J=L[/latex]となり、式は正しく[latex]g_J=1[/latex]を与え、これは通常のゼーマン効果に対応します。[latex]L=0[/latex]の場合、[latex]J=S[/latex]となり、式は[latex]g_J=2[/latex]を与え(導出では1の代わりに[latex]g_S=2[/latex]を使用)、これは電子スピン共鳴のような純粋なスピン系に対応します。その他のすべてのケースでは、[latex]g_J[/latex]は1から2の間の有理数を取り、原子の磁性に対するスピンと軌道の寄与の複雑な相互作用を定量化します。

UNESCO Nomenclature: 2209
機械工学

タイプ

理論的概念

混乱

基礎

使用法

広く普及している

前駆物質

  • 原子のベクトルモデル
  • スピン軌道結合の概念
  • 定量的な説明を必要とする異常ゼーマン効果の実験データ
  • ボーア・ゾンマーフェルトモデルにおける角運動量の量子化

アプリケーション

  • quantitative prediction of anomalous zeeman splitting patterns in spectroscopy
  • electron spin resonance (esr) and nuclear magnetic resonance (nmr) analysis
  • 材料の磁化率およびその他の磁気特性の計算
  • 原子状態を用いた量子情報処理
  • 実験データからの原子項記号の決定

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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関連キーワード:ランデg因子、g因子、異常ゼーマン効果、角運動量、量子数、スピン軌道結合、磁気モーメント、分光法、原子物理学、ベクトルモデル。

歴史的背景

ランデのg因子

1919-05-29
1920
1920
1921
1924
1924
1925
1918
1920
1920
1921
1922
1924
1925
1926

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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