(m1m)=(两b2+21=12 所以能级又成为 1+(1/2) Ben 2j+2 j=l-(1/2)(≠0) 分裂的条数并没有改变,只是位置又稍微移动了一下。这就是实验上看到的反常 Zeeman效应。 自旋电子学 现在我们知道了,电子是既带有电荷又带有自旋的,服从Ferm- Dirac统计的微观粒子。这是量子 力学诞生以后人们对电子的不同于经典物理学的新认识。但是到目前为止,传统的电子学仍然只利用了 电子带有电荷这个性质,而没有利用电子还带有自旋这个性质 传统的电子学以超大规模集成电路为主要的支持硬件。如果我们想继续提高芯片的集成度,在原则 上将面临两大困难。第一,当芯片上的线宽小到可以和电子的 de broglie波长相比的时候,电子的量子 力学效应(波动效应)就不可以忽略了。这时候,集成电路已经不再能够简单地等效为分立(可隔离) 元件构成的网络,而应当看作是一个量子力学系统。这样一来,对它进行分析的方法就要复杂多了。第 二,芯片集成度的提高必然伴随着芯片单位面积上功耗的增加,也就是说芯片散热的问题会变得非常严 重。在利用电子带有电荷这个特点对它进行操控的情况下,这个问题是无法避免的,因为电场力推动电 荷运动的时候一定会做功,而这个功最后就会变成热量。 理论分析和工程实践的结果都表明,在目前的芯片制造的工艺水平上(线宽~0.1pm),前一个问 题还不会产生明显的影响,而后一个问题倒是需要认真对待的。为了解决这个问题,必须有一个基本上 不消耗能量就可以对电子进行操控的办法,而这就是控制电子的自旋。通过控制电子的自旋状态使之携 带、加工和传输信号的方法称为自旋电子学( Spintronics)a在自旋电子学里经常出现的术语是“自旋流 “自旋池”,“自旋输运”,“自旋进动”,“自旋翻转”等等。我们在前面介绍的自旋-轨道耦合效应和 Zeeman效应为自旋电子学的实现提供了物理的基础,因为前者通过电场、后者通过磁场影响电子的自 旋状态。这些效应的最大特点就是基本上不需要付出能量的代价,而这正是我们要追求的目标。 自旋电子学是一门新兴的学科,目前仍然处于基础研究的阶段,暂时还谈不上付诸工程实践,但是 它的发展前景是十分远大的。这里我们还想强调一点:量子力学是研究自旋电子学的基本出发点 作业:习题8.113 / 2 , (1/ 2) /(2 2), (1/ 2) ( 0) j j z j j m j j l l jm S l jm m j j l l  = + =  − + = −   所以能级又成为 1 1 , (1/ 2) 2 2 1 1 . (1/ 2) ( 0) 2 2 j j nljm nlj j m j l e j E E m j l l j        + = +     = +       − = −     +  分裂的条数并没有改变，只是位置又稍微移动了一下。这就是实验上看到的反常 Zeeman 效应。 4．自旋电子学 现在我们知道了，电子是既带有电荷又带有自旋的，服从 Fermi-Dirac 统计的微观粒子。这是量子 力学诞生以后人们对电子的不同于经典物理学的新认识。但是到目前为止，传统的电子学仍然只利用了 电子带有电荷这个性质，而没有利用电子还带有自旋这个性质。 传统的电子学以超大规模集成电路为主要的支持硬件。如果我们想继续提高芯片的集成度，在原则 上将面临两大困难。第一，当芯片上的线宽小到可以和电子的 de Broglie 波长相比的时候，电子的量子 力学效应（波动效应）就不可以忽略了。这时候，集成电路已经不再能够简单地等效为分立（可隔离） 元件构成的网络，而应当看作是一个量子力学系统。这样一来，对它进行分析的方法就要复杂多了。第 二，芯片集成度的提高必然伴随着芯片单位面积上功耗的增加，也就是说芯片散热的问题会变得非常严 重。在利用电子带有电荷这个特点对它进行操控的情况下，这个问题是无法避免的，因为电场力推动电 荷运动的时候一定会做功，而这个功最后就会变成热量。 理论分析和工程实践的结果都表明，在目前的芯片制造的工艺水平上（线宽 0.1μm ），前一个问 题还不会产生明显的影响，而后一个问题倒是需要认真对待的。为了解决这个问题，必须有一个基本上 不消耗能量就可以对电子进行操控的办法，而这就是控制电子的自旋。通过控制电子的自旋状态使之携 带、加工和传输信号的方法称为自旋电子学 (Spintronics)。在自旋电子学里经常出现的术语是“自旋流”， “自旋池”，“自旋输运”，“自旋进动”，“自旋翻转”等等。我们在前面介绍的自旋-轨道耦合效应和 Zeeman 效应为自旋电子学的实现提供了物理的基础，因为前者通过电场、后者通过磁场影响电子的自 旋状态。这些效应的最大特点就是基本上不需要付出能量的代价，而这正是我们要追求的目标。 自旋电子学是一门新兴的学科，目前仍然处于基础研究的阶段，暂时还谈不上付诸工程实践，但是 它的发展前景是十分远大的。这里我们还想强调一点：量子力学是研究自旋电子学的基本出发点。 作业：习题 8.11