Переворот спина

В некоторые моменты времени спин может изменить свое направление и перейти из одного устойчивого состояния в другое. При перевороте спина в магнитном поле потенциальная энергия магнитного диполя электрона меняется. Это означает, что переворот спина электрона в магнитном поле сопровождается передачей разности энергий другим объектам микромира или излучается в окружающее пространство в виде электромагнитной волны. Обратный переход связан с поглощением энергии.

Характерное время жизни в верхнем состоянии по отношению к перевороту спина электронов найдено Соколовым и Терновым [29] . Оно равно:

       ,        (4.4)

где – кинетическая энергия электрона,  R – радиус окружности, по которой двигается электрон в магнитном поле; m, c, e и ћ – известные константы.

Приближение мгновенного переворота

Описать движение электрона из одного устойчивого состояния его спина в другое довольно сложно, так как движение частицы в этом случае приходится описывать с одновременным учетом поворота его спина в пространстве. Однако часто можно упростить описание, считая, что переворот происходит достаточно быстро.

В приближении быстрого переворота движение частиц определяется уравнениями (3.1) и (3.2), в то время как их магнитный момент может быть направлен только по магнитному полю или против него, т.е.:

                               (4.5)

(Здесь магнитное поле в системе координат, связанной с электроном.)

В результате оказывается, что в рамках классической физики, во многих случаях можно использовать условие квантового характера направления магнитного момента частицы на направление магнитного поля. Такое описание движения частиц можно использовать в тех случаях, когда на переход между двумя устойчивыми направлениями приходится относительно малая часть времени пути движения частицы.

Уравнения (3.1),(3.2) и (4.5) определяют траекторию движение электрона до переворота его магнитного момента, а (4.5) определяет характерное время до совершения этого переворота. При перевороте магнитного момента траектория движения электрона меняется, а электрон за время переворота спина получает значительный импульс в результате действия магнитодинамической силы и за счет изменения направления собственного углового момента.

При перевороте спина электрона абсолютное значение его внутреннего механического момента (спина) не меняется, т.е. остается равным ћ/2. Поскольку при перевороте спина электрона меняется направление его углового момента на противоположное, то орбитальный момент электрона при таком переходе меняется на величину ћ. Частота поглощения и излучения в этих процессах определяется частотой прецессии спина частицы во внешнем для нее магнитном поле.