スピン・軌道相互作用

spin orbit coupling

電子のスピンsと軌道角運動量lが平行のときと反平行のときで、相互作用の大きさが違うので二つの状態は異なるエネルギー状態をとる。2p電子ではエネルギーの低いほうから順にL₂ (全角運動量j = l - s = 1/2)とL₃ (全角運動量j = l + s =3/2)とができる。EELSにおいて2p状態から3d非占有バンドへの遷移(Lエッジ)ではエネルギーロスの小さいほうからL₃、L₂の順にスペクトルが現れる。これらのスペクトルは占有状態のエネルギー分裂（数eV～20eV）を与えるものなので、EELS解析での目的である非占有状態についての情報を与えるものではない。ただL₃/ L₂の強度比は2:1になるはずだが非占有状態の状態密度（化学結合状態）の影響を受けて変化する。この強度比プロファイルを計算と比較すると3d電子の価数についての情報が得られる。計算にはコアホール相互作用、3d電子の電子相関、価数などを入れなければならない。L₃とL₂の強度比L₃/L₂はハイスピンのとき大きく、ロウスピンのとき小さい傾向がある。

The magnitude of "spin orbit coupling" is different depending on whether the electron spin is parallel or anti-parallel to the orbital shell spin l, thus the two states possess different energies. In 2p electrons, L₂ (total angular momentum j = l - s = 1/2) and L₃ (total angular momentum j = l + s = 3/2) are formed. In an EELS spectrum of transition from the 2p occupied state to the 3d unoccupied state (band), L₃ and L₂ peaks sequentially appear in the energy-loss order of low to high. It should be noted that those peaks provide information on the energy splitting of the occupied state (several eV to 20 eV) but does not provide information on the unoccupied state expected by EELS. However, the intensity ratio of L₃ to L₂ varies from 2:1 due to the effect of the expected chemical-bonding state in the unoccupied state. When the experimental intensity profile is compared with theoretical calculations, information on the valence of 3d electrons is obtained, where the calculations must take account of the effect of core-hole interaction, correlation between 3d electrons and valences. The intensity ratio of L₃ to L₂ tends to be large at the high spin state whereas small at the low spin state.