自旋与磁场:从泡利矩阵到旋转特性的深入解析
1. 自旋与磁共振的应用
通过在外部磁场中使系统能级之间产生跃迁,我们可以获取分子和固体的几何结构以及电子结构的信息。电子顺磁共振(EPR)和核磁共振(NMR)在凝聚态物理和医学领域都有着重要的应用。
2. 自旋 1/2 的泡利矩阵形式
对于轨道角动量和整数自旋,我们有特定的矩阵元素公式。然而,这些公式并不适用于半整数自旋,因此我们需要自旋表示法,它对应于半整数角动量(如 1/2、3/2、5/2 等)。下面我们详细探讨自旋 1/2 的情况。
- 自旋自由度与希尔伯特空间 :电子自旋自由度不需要涉及空间旋转的导数形式。我们选取 z 轴作为量子化轴,在斯特恩 - 盖拉赫实验中,它自然地与磁场方向一致。对于自旋 1/2,希尔伯特空间的维度为 2,因为存在两个正交态:$|\alpha\rangle = |S_z = \frac{1}{2}\rangle$ 和 $|\beta\rangle = |S_z = -\frac{1}{2}\rangle$,通常称为上自旋和下自旋,它们构成了自旋希尔伯特空间的基。
- 基态与 z 分量的表示 :设 $S_z = \frac{\hbar}{2}\sigma_z$,基态和 z 分量可表示为:
- $|\alpha\rangle \equiv |\frac{1}{2}\rangle \to \begin{pmatrix}1\0\end{pmatrix}$
- $|\beta\rangle \equiv |-\frac{1}{2}\rangle
超级会员免费看
订阅专栏 解锁全文
1万+

被折叠的 条评论
为什么被折叠?



