原子磁矩

[拼音]：yuanzi ciju

[外文]：magnetic moment of atom

通常指原子的磁偶极矩。原子磁矩来源于电子磁矩和原子核磁矩。但原子核的磁矩很小，约比电子的磁矩小三个数量级，一般可以忽略，因此原子磁矩通常是指电子的磁矩。在量子力学出现之前，E.巴克和A.朗德在研究原子谱线的塞曼效应时就已研究过原子的磁矩，量子力学出现之后，进一步加深了人们对原子磁矩的认识。

电子磁矩

电子磁矩由电子轨道磁矩和电子自旋磁矩组成。原子中电子绕核运动，形成环形电流，很像个磁性偶极子。这种轨道运动产生的磁矩，称为电子轨道磁矩μ_l。电子还具有轨道角动量p_l。μ_l和p_l在空间某一z方向上的分量分别为

式中m_l为电子轨道磁量子数，，称为玻尔磁子，是电子磁矩的一个自然单位。，h为普朗克常数，m_e为电子质量， e为电子电荷的绝对值。电子轨道磁矩与轨道角动量的关系为

式中g_l=1称为电子轨道运动的g因子，它是以μ_B为单位的轨道磁矩与以媡为单位的轨道角动量之比的绝对值。

电子具有自旋运动，自旋角动量的大小不变，称为电子的固有矩p_s。电子还具有相应的自旋磁矩μ_s，p_s和μ_s在空间某一z方向上的投影只能取两个值，分别是

，

电子自旋角动量与自旋磁矩的关系为

m_s为电子自旋磁量子数，g_s称为电子自旋的g因子，它等于以μ_B为单位的电子自旋磁矩与以 媡为单位的电子自旋角动量之比的绝对值。按照狄喇克理论，g_s=2；但按照量子电动力学的计算和近代实?a 222/323577.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>榈木凡舛ㄖな?/p>

g_s＝2.0023193134(70)。

单电子原子的磁矩

即由单电子的轨道磁矩 μ_l与自旋磁矩μ_s合成，总磁矩μ_j是μ_l与μ_s的矢量和，即

p_l、p_s分别表示电子轨道角动量和自旋角动量。

原子的总磁矩μ_j与总角动量的关系为

。

式中 称朗德 g因子。

当磁矩为μ_j的原子处于磁感应强度为B 的弱磁场中，会引起能级的改变，导致原子谱线的分裂，称为塞曼效应。能级分裂成为

，

E为无磁场时的能量，м为磁量子数。

多电子原子的磁矩

多电子原子，在一般情况（原子较轻和处于基态）下，电子之间的库仑相互作用是主要的，自旋轨道间的相互作用是次要的，这时原子的总角动量按LS 耦合方式耦合而成，即原子总角动量

，

原子的总磁矩μJ则为

，

式中朗德g因子与单电子原子有相同的形式。

在某些情况（原子较重或处于高激发态）下，电子自身的自旋轨道相互作用是主要的，电子之间的相互作用是次要的，这时原子的总角动量按jj 耦合方式耦合，其总角动量，则原子的总磁矩

与LS 耦合有相同的形式，但g因子不同。

原子的磁矩可通过斯特恩－革拉赫实验的方法测量。实验中原子束通过不均匀磁场，可由测定原子束的偏转程度，直接得到该原子磁矩在磁场方向上的分量，并可进一步根据原子束分裂的分束数，计算出原子总磁矩。如果实验用银、氢等原子，它们的基态为S态，原子本身轨道角动量为零，轨道磁矩也为零，所以实验测得的磁矩是电子的固有磁矩，其值为一玻尔磁子。

原子磁矩是物质磁性的微观基础。P.朗之万的顺磁性理论和P.-E.外斯的铁磁性理论，就是根据原子磁矩和磁畴（原子磁矩自发平行排列而形成的小区域）磁矩在外场中的取向服从统计分布，来说明顺磁和铁磁物质的磁性。

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原子磁矩百科介绍

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