兩個電子,自旋方向相反,他們之間的相互作用是怎樣的?

時間 2021-05-31 00:30:35

1樓:苗艦艦

電子帶有電荷和自旋,除了很特殊的情況(Luttinger液體裡自旋電荷分離),一般這兩個性質是一起的

所以兩個電子通過電荷可以有庫侖相互作用,通過自旋可以有磁偶極子相互作用,但是庫侖作用遠遠大於偶極子作用,所以我們一般只需要考慮庫侖相互作用

先考慮題主的問題的情況,兩個電子自旋反向排列

氫分子裡有兩個電子,每個電子都被各自的質子束縛,如果這兩個電子相距無窮遠,那麼顯然兩個電子都處在氫原子的最低能級,但是慢慢將兩個電子靠近,庫侖作用使得這兩個簡併態退簡併,我們知道兩個電子組成的系統必須是全反對稱,如果自旋部分是反對稱的自旋相反的單態,同時電子具有全同性,所以兩個電子可以在兩個質子間躍遷,這樣可以減小動能使得體系能量降低,如果自旋是對稱的自旋相同的三態,根據泡利不相容原理,電子不能在兩個質子間躍遷,那麼動能很大,所以體系能量很高,這裡,我們認為兩個電子都大致束縛在質子附近,所以庫侖相互作用的大小是差不多的,所以自旋的排列主要考慮動能。

上述就是自旋的交換相互作用,其根源是庫侖相互作用,並使得自旋反向排列。

下面我們考慮兩個電子的自旋平行排列的情況

考慮乙個原子有兩個近乎簡併的軌道,兩個電子在佔據這兩個軌道時,由於都被原子核束縛,所以動能差不多,這裡主要考慮庫侖相互作用,由於兩個電子組成的體系是全反對稱,如果自旋空間是對稱的同向排列的三態,那麼空間部分就是反對稱的,這樣能夠讓兩個電子在空間的交疊最小從而減小庫侖相互作用,但是如果自旋空間是反對稱的單態,那麼空間部分就是對稱的,這樣兩個電子的重疊就會增大,庫侖相互作用就很大,所以體系會選擇自旋同向平行,將兩個軌道推廣到多軌道,就是原子物理裡的Hund rule,其根源是為了減小電子間的庫侖相互作用。

其實自旋是固體裡磁性的根源,除了上述兩種機制,還有很多別的機制,比如Anderson提出的超交換機制,還有RKKY作用,至於巡遊磁性,就更加複雜了。

2樓:Raul Peng

相互作用永遠都是Coulomb相互作用(nonrelativistic).

只是當自旋相反時,Shroedinger eq 得到的dynamics和兩個帶同樣電荷的boson一樣,因為Fermi statistics does not play a role.

對於相同自旋的電子,要克服Pauli exclusion, 所以即使相互作用一樣,dynamics不同。

也可從平均場來理解。平均場裡的exchange term 只來自自旋平行電子,這是Fermi statistics決定的。

兩個物體間的引力大小相等,方向相反,其中的大小相等是怎麼證明的?

空條承太郎 牛頓第三定律。這是一對作用力與反作用力,初中的實驗有簡單的證明。也可以把兩個物體當作乙個系統來看,再用動量守恆 系統中的兩個物體都是運動的 或者牛頓第二定律 系統中的兩個部分都是靜止的 就可以了。至少按照我目前的只是儲備是這樣的。 其實就是問牛頓第三定律為什麼成立。我們可以用動量守恆與牛...

在兩個氫原子中,處於負自旋的3d與正自旋的3p狀態的電子,能量是否相同?

漏網之蟹 在軌道耦合的範圍內都是相同的。一般教科書中涉及的氫原子能級是在非相對論相對論效應求解的。若要考慮相對論效應,則有兩種思路 直接從狄拉克方程出發解氫原子能級 將相對論的影響視為擾動。在第二種方法裡,相對論對薛丁格方程求出的 有以下3個影響 一般只取到 項。很直觀,不細說了。2 自旋 軌道耦合...

如果這世界裡只有兩個人類,他們約定朝相反的方向走,然後憑藉各自的蹤跡來找到對方,會發生什麼有趣的事?

如果是完全相反,則半個地球之後,兩人撞在一起,還沒有發現對方的蹤跡。我估計題主的意思是 兩人都身穿飛行戰甲,無限能源,能穿山跨海,相反走一段之後,開始摸瞎子,靠聞味道找對方。分兩種情況 1 味道不斷下降,根據半衰期,可以知道對方出現的大致時間,這就簡單了,這個問題是乙個梯度下山法的問題。如何設計乙個...