スピンの向き

質問

１個の電子を考えた場合、通常のスピンの向きを０度と１８０度（反転状態）とした場合、例えば４５度傾くことはあるのでしょうか？

http://www.apph.tohoku.ac.jp/spin/spinram.html

回答No.9

leo-ultra · ベストアンサー

いい質問だと思います。
東北大のHPを引用していますが、スピンがずれて変な方向を向いていますよね。僕はスピントロニクスは専門でないのですが、時々、こういう斜めのスピンを見てもなにも感じずにいましたが、ご指摘のように０°と180°だと説明できませんね。

実は私も答えがわからないのですが、他の回答の一部はちょっとひどすぎるので、声を挙げました。

考えて欲しいポイントは、
(1)　量子化軸の方向は何で決まるのか？
電子１個は量子力学で考えなければなりません。0度って言いましたけれど、０度の方向は何で決まるのでしょうか？　
それは磁場をかけて、磁場の方向にスピンの向きを上向きか下向きかを測定する。（シュテルンゲラッハ実験）
磁場の向きをｚ方向としましょう。これで上向きか下向きかが決まる。
その後で、充分時間をおいて、電子がｚ方向に上向きだったのを忘れたころに、今度はY方向に磁場をかけてスピンを測定します。
Y方向だから、スピンは右向きか、左向きかどちらかなのです。

０度と180度しかないけれど、量子化軸の向きは適当なのです。
ここら辺が関係しているのかもしれません。

あと、(2)電子を１個しか考えていないけれど、鉄の磁化とか考えるのであれば、たくさん電子がある場合を考えないとダメかも。
ある電子は上向きだったり、別のは下向きだったり、時間とともに変わったり、平均してゼロもありえます。すると、

お礼

ご回答ありがとうございます。

シュテルンゲラッハ実験について説明した素晴らしい講義動画がありますので、それを見て考えなおします。

回答No.8

saramanda1

＞その周りを、０度から１８０度まで、磁石を近づけたら、０度から１８０度まで、磁性の向きは変わります。
貴方の質問に仕方が悪いだけだわ

0度から45度まで磁石近づけたらいいだけだぞ？

君が言ってんは反転させただけぞ？
ひょっとしてこういう事か
①0～180度に一気に変わる（そんなわけなかろうがｗ）

補足

>ひょっとしてこういう事か
>①0～180度に一気に変わる（そんなわけなかろうがｗ）

ここに、１種類のFe（強磁性体　3d軌道で電子4つが上向きスピン）の原子が１個だけある場合、磁石の方向によって、3dの軌道電子のスピンは０度から１８０度まで、磁性の向きは変わるはずです。

ということは、電子のスピンの向きが２種類しかないと反します。

それは、なぜか？ということを知りたいのです。

磁性の向きが４５度の場合、アップスピンの存在確率が75％とダウンスピンの存在確率が25％とか、だろうか？とか想像してます。

回答No.7

head1192

実験で実証されたところによると、電子のスピンは「アップスピン（右回り）」と「ダウンスピン（左回り）」の２種類しかない。
その中間は存在しないし静止状態もない。

電子は量子だからエネルギーなどの状態が離散化する。

もしアップとダウン以外のスピンがあるとすると物理学が根底から覆る。
電子スピンは磁力の源泉だからである。
電子が２種類以上のスピンを持つなら、磁石の極もSとNだけでなくスピンの種類に応じた数になってしまう。

補足

すいません。回答になってないです。
教科書にそのように書いていることは知っていますし、丸暗記には興味ないです。

＞電子が２種類以上のスピンを持つなら、磁石の極もSとNだけでなくスピンの種類に応じた数になってしまう。

机の上に、１種類のFe（強磁性体　3d軌道で電子4つが上向きスピン）の塊を置いたとします。

その周りを、０度から１８０度まで、磁石を近づけたら、０度から１８０度まで、磁性の向きは変わります。
もし、スピンが０度と１８０度の２方向なら、磁性の向きは２種類しかないはずです。

どうして、０度から１８０度まで、磁性の向きが変化するのでしょうか？

回答No.6

saramanda1

中学で習ったはずだがね。

補足

大昔、中学生でした。２，３年は、理科はオール５でしたが、習ってないはずです。スピンって言葉すらないはずです、、

回答No.5

saramanda1

物質と原子の違いは何ですか？
すべての物質は、非常に小さい粒子が集まってできている。 物質を構成する基本的な粒子を原子という。 原子は正の電荷を持つ原子核と、負の電荷を持つ電子でできている。 さらに、原子核は正の電荷を持つ陽子と、電荷を持たない中性子でできている。

補足

＞物質と原子の違いは何ですか？

すいません。回答になってないです。
教科書にそのように書いていることは知っていますし、丸暗記には興味ないです。

＞電子が２種類以上のスピンを持つなら、磁石の極もSとNだけでなくスピンの種類に応じた数になってしまう。

机の上に、１種類のFe（強磁性体　3d軌道で電子4つが上向きスピン）の塊を置いたとします。

その周りを、０度から１８０度まで、磁石を近づけたら、０度から１８０度まで、磁性の向きは変わります。
もし、スピンが０度と１８０度の２方向なら、磁性の向きは２種類しかないはずです。

どうして、０度から１８０度まで、磁性の向きが変化するのでしょうか？

回答No.4

saramanda1

電子は物質とは違う
なので質量保存の法則等は頭から外して考えること
君が言ってるのは物質がスピンしたと仮定して話を進めている
電子は物質ではない

補足

＞質量保存の法則等は頭から外して考えること

すいません。意味わからんです。
それと、厳密には質量保存の法則なんか、成立しません。特殊相対論をご存知でしょうか？

＞電子が２種類以上のスピンを持つなら、磁石の極もSとNだけでなくスピンの種類に応じた数になってしまう。

机の上に、１種類のFe（強磁性体　3d軌道で電子4つが上向きスピン）の塊を置いたとします。

その周りを、０度から１８０度まで、磁石を近づけたら、０度から１８０度まで、磁性の向きは変わります。
もし、スピンが０度と１８０度の２方向なら、磁性の向きは２種類しかないはずです。

どうして、０度から１８０度まで、磁性の向きが変化するのでしょうか？

回答No.3

saramanda1

＞その状態で、例えば４５度の磁場を掛ければ、電子は４５度傾いた状態になるのではないでしょうか？

いいえ

補足

机の上に、鉄（強磁性体　3d軌道で電子4つが上向きスピン）の塊を置いたとします。

その周りを、０度から１８０度まで、磁石を近づけたら、０度から１８０度まで、磁性の向きは変わります。
もし、スピンが０度と１８０度の２方向なら、磁性の向きは２種類しかないはずです。

どうして、０度から１８０度まで、磁性の向きが変化するのでしょうか？

教科書に、そう書いているから、では解らないです。

回答No.2

kagakusuki

ありません。
　電子などの量子とスピンは、磁界の中における量子の振る舞いが「量子が角運動量を持っているようにも見える」事からスピンと呼ばれるようになっただけであり、スピンと名付けられてはいるものの本当に回転しているわけではなく、量子が持つ量子の状態であるため、プランク定数hを「円周率πの4倍」で割った値であるh/4πの整数倍以外の値になる事はありません。

【参考URL】
スピン角運動量 - Wikipedia
https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B9%E3%83%94%E3%83%B3%E8%A7%92%E9%81%8B%E5%8B%95%E9%87%8F

EMANの物理学 > 量子力学 > スピンとは何か
https://eman-physics.net/quantum/spin.html

補足

１個の電子を考えた場合、最初のスピンの向きを０度とします。

その状態で、例えば４５度の磁場を掛ければ、電子は４５度傾いた状態になるのではないでしょうか？

回答No.1

saramanda1

＞例えば４５度傾くことはあるのでしょうか？
傾きません

補足

１個の電子を考えた場合、最初のスピンの向きを０度とします。

その状態で、例えば４５度の磁場を掛ければ、電子は４５度傾いた状態になるのではないでしょうか？