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Huaxuejia1

新虫 (小有名气)

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[交流] 【交流】原子光谱项与光谱支项旋轨耦合塞曼效应与零场分裂等已有4人参与

前一段时间，发了贴子，想向虫友们请教下标题中的几个概念问题，结果大家没有回复，所以自己看书看文献之后，决定总结一下，或许对大家有用。
1、多电子原子的量子数

   A、主量子数n
   B、总角量子数L：l 的矢量和
      0，1，2，3…，
      S，P，D，F…
      其中磁量子数ML有2L+1个
   C、总自旋量子数S：s 的矢量和
      其中自旋磁量子数MS有2S+1个
   谱线多重度M：M = 2S + 1
   D、内量子数J：J = L+ S 矢量和
      J的取值 L>S 有2S+1个;L       内磁量子数MJ有2J+1个

2、旋轨耦合

基本思路
   以氢为例，电子既有轨道运动，又有自旋运动，这两种运动之间存在相互作用。
   将参考坐标系置于电子上，则电子不动而核绕电子运动，在电子所在点产生一个磁场B，电子的自旋运动产生的自旋磁矩μs，则作用能为电子自旋磁矩与磁场的乘积。
   经计算得出的作用能跟j有关系，然而j=l ±?，因此所得的作用能不同（l=0时相同），即发生了能级分裂，如前图所示。
对于轻元素和中等元素的外层电子，自旋轨道相互作用能比较小；对于重元素的外层电子以及所有元素的内层电子的自旋轨道作用能比较强，不能忽略。

3、塞曼效应和零场分裂
1、塞曼效应

   基本理解：原子的总磁矩μJ绕磁场H的方向旋进，原子受磁场作用而旋进的附加能量为：总磁矩与磁场的乘积

经计算整理得出其与磁场、MJ成正比

在有外磁场的情况下，原先总角动量子数J的能级分裂为（2J+1）个能级。对于S 同样适用。
2、零场分裂
   我们可以看到由于磁场存在下发生塞曼效应产生的能级分裂,但是图中表示的是比较理想的状态。在没有加外磁场的时候，并不是（2J+1）个MJ都是简并的。因为离子所处的环境不是完全对称的，都会处在一个不完全对称的场（配位场即所谓的静电场）中，每个方向的相互作用不同，那么这个场会使原本应该简并的J变的能量发生差别，从而产生分裂。当然，单纯对于自旋S而言，则不成立，因为自旋是各向同性的，不会产生能级分裂；但是轨道角动量是各向异性的，对于重元素和内层电子而言，旋轨耦合是不可以忽略的，所以J 具有各向异性，从而产生能级分裂。
                  旋轨耦合是零场分裂的必要条件
3、塞曼效应与零场分裂的比较

A、塞曼效应需要外磁场，而零场分裂不需要，而是在配位场中

B、塞曼效应发生的分裂是MJ从-J 到J，不再有简并的状态；但是零场分裂是MJ从0或?到|±J|，即绝对值相等的不发生分裂，仍然是简并的，如果其中有0这个态，它是独立的，没有简并态。

C、自旋在外磁场中发生塞曼效应，但是不发生零场分裂
（未完待续，敬请虫友们讨论）