[자연과학] 자기와 전자

1. 스핀 자기 쌍극자모멘트

모든 자성 물질은 그 안에 들어있는 전자 때문에 자성을 띤다. 보통 도선을 통하여 전자를 보내면 전류가 흐르고 이때 도선 부근에 자기장이 만들어진다. 이때 흐르는 전자는 스핀 각운동량이라고 부르는 고유한 각운동량을 갖는다. 이때 스핀 각운동량과 스핀 자기 쌍극자모멘트는 다음과 같은 관계를 갖는다.

이때 오는 기본전하량, 은 전자의 질량이다. 그리고 식에서 보이는 음의 부호는 와 가 서로 반대 방향이라는 뜻이다. 식에 등장하는 스핀 는 그 자체를 정확히 측정할 수 없다. 그러나 특정 축에 대한 성분은 측정할 수 있다. 또한, 측정한 는 양자화되어있다. 양자화란 말은 일반적으로 어떤 물리량이 제한된 값만을 갖는다는 뜻이다. 실제 의 성분은 부호만 다른 두 값만을 갖는다.
스핀 의 성분을 어떤 좌표계의 축을 따라 측정한다고 가정하자. 이때 측정한 성분 는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.

여기서 는 스핀 자기양자수, 는 플랑크 상수이다. 가 축에 평행하면 는 의 값을 가지며 이때 전자를 up-spin이라고 부른다. 반면, 가 축과 반평행이면 는 의 값을 가지며 이때 전자를 down-spin이라고 한다.

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