[科普中国]-自旋向上

自旋向上是电子自旋方向的习惯用语之一。当自旋量子数等于1/2时，电子顺着磁场方向取向，用↑表示，称为自旋向上。

自旋电子学自旋电子学（spintronics），也可以称为磁电子学，是一门磁学和微电子学相交叉的新兴的学科，它研究具有某一自旋状态（自旋向上或自旋向下）的电子的物运特性，是当前凝聚态物理的热点领域之一。它利用电子的自旋和磁矩，使固体器件中除电荷输运外，还加入电子的自旋和磁矩。应用于自旋电子学的材料，需要具有较高的电子极化率，以及较长的电子自旋弛豫时间。1

相关知识简介自旋量子数自旋量子数是描述电子自旋运动的量子数。自旋磁量子数用ms表示。除了量子力学直接给出的描写原子轨道特征的三个量子数n（主量子数）、l（角量子数）和m（磁量子数）之外，还有一个描述轨道电子特征的量子数，叫做电子的自旋磁量子数ms。原子中电子除了以极高速度在核外空间运动之外，也还有自旋运动。

自旋方向在经典力学中，一个粒子的角动量不仅有大小（取决于粒子转动的快慢），而且有方向（取决于粒子的旋转轴）。量子力学中的自旋同样有方向，但是是以一种更加微妙的形式出现的。

对于自旋为1/2的粒子，自旋量子数只能取两个不同的值，+1/2或-1/2。相应的量子态为粒子自旋分别指向+z或-z方向，一般我们把这两个量子态叫做"自旋向上"和"自旋向下"。

自旋向上定义当自旋量子数等于1/2时，电子顺着磁场方向取向，用↑表示，称为自旋向上。

其他方向与之相对应，自旋量子数等于-1/2，表示逆着磁场方向取向，用↓表示，称为自旋向下。

当两个电子处于相同自旋状态时叫做自旋平行，用符号↑↑或↓↓表示。当两个电子处于不同自旋状态时，叫做自旋反平行，用符号↑↓或↓↑表示。

与自旋向下的区别众所周知，电子除了带有电荷的特性外，还具有自旋的内禀特性。对于普通金属和半导体，自旋向上和自旋向下的电子在数量上是一样的，所以传统的金属电子论往往忽略电子的自旋自由度。但是对于铁磁金属，情况则不同，在铁磁金属中，电子的能带分成两个子带，自旋向上子带和自旋向下子带。这两个子带形状几乎相同，只是在能量上有一个位移，这是由于铁磁金属中存在交换作用的结果.正是由于两个子带在能量上的差别，使得两个子带的占据情况并不相同。在费米面处，自旋向上与自旋向下的电子态密度也是不同的。这样在铁磁金属中，参与输运的两种取向的电子在数量上是不等的，所以传导电流是自旋极化的。同时由于两个子带在费米面处的电子态密度不同，不同自旋取向的电子在铁磁金属中受到的散射也是不同的。2

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学