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Spin elettronici
Gli elettroni sono particelle elementari caricate negativamente. Oltre alla loro massa e alla loro carica elettrica, hanno una terza proprietà importante: lo spin elettronico. Lo spin (momento angolare intrinseco) di un elettrone, in meccanica quantistica, è una quantità che descrive un momento angolare meccanico classico basato sul movimento rotazionale di una massa. La rotazione elettronica classica è di fondamentale importanza per la fisica e svolge un ruolo importante nella descrizione del guscio atomico e delle proprietà macroscopiche della materia. Lo spin dell'elettrone è anche direttamente collegato ad argomenti come il magnetismo o il ferromagnetismo.
Perchè esistono gli spin elettronici?
All'inizio del 20. secolo, l'osservazione spettroscopica degli atomi ha dato origine a una serie di ambiguità su come spiegare la divisione delle linee spettrali (in base ai movimenti degli elettroni all'interno di un atomo). Nel 1925, i due fisici americani Goudsmit e Uhlenbeck proposero di assegnare all'elettrone uno speciale momento angolare: la rotazione dell'elettrone. Tuttavia, va notato che lo spin non indica la direzione di rotazione di un elettrone (come con un giroscopio), ma è dovuto alla struttura interna di un elettrone.
Lo spin elettronico (numero quantico di spin) è specificato con due operatori di allineamento: +1/2 (Su) o -1/2 (Giù).
Come si misura uno spin elettronico
È stato dimostrato che lo spin dell'elettrone è correlato al momento magnetico poiché può essere usato per misurare la direzione dello spin dell'elettrone. L'esperimento di Stern-Gerlach ha dimostrato che gli atomi di argento sono deviati in un campo magnetico disomogeneo, in modo che qui possa essere visto uno spin dell'elettrone: metà degli atomi sono stati deviati in una certa direzione e l'altra metà nella direzione opposta.
Tenendo conto del principio di Pauli, lo spin dell'elettrone ha una grande influenza sul movimento e sulla posizione della particella. In uno stato di uguale energia e momento angolare identico, ci possono sempre essere esattamente due elettroni in un atomo. L'unica differenza tra le due particelle è nascosta nello spin dell'elettrone allineato in modo opposto. Si compensano a vicenda, quindi sono accoppiati.
Quali sono gli effetti che produce uno spin elettronico?
Alcuni atomi contengono solo elettroni accoppiati, il che significa che l'intero spin degli elettroni si azzera e non si allinea con un campo magnetico esterno. In questo caso si parla di diamagnetismo. Tuttavia, se esiste un'interazione di scambio, gli spin degli elettroni non differiscono nella loro direzione. Se questa interazione di scambio è maggiore dell'energia termica degli elettroni, inizia a reagire il materiale ferromagnetico.