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Spin electrónico
Los electrones son partículas elementales con carga negativa. Además de su masa y su carga eléctrica, poseen una tercera propiedad importante: el espín del electrón. El espín (momento angular intrínseco) de un electrón es una magnitud de la mecánica cuántica que describe un momento angular mecánico clásico basado en el movimiento de rotación de una masa. El espín clásico del electrón tiene una importancia fundamental para la física y desempeña un papel fundamental en la descripción de la corteza atómica y las propiedades macroscópicas de la materia. El espín del electrón también está directamente relacionado con temas como el magnetismo y el ferromagnetismo.
¿Por qué existe el electroespín?
A principios del siglo XX, en la observación espectroscópica de los átomos surgieron una serie de incertidumbres sobre cómo explicar el desdoblamiento de las líneas espectrales (basado en los movimientos de los electrones dentro de un átomo). En 1925, los dos físicos estadounidenses Goudsmit y Uhlenbeck propusieron asignar un momento angular especial al electrón: El espín del electrón. Sin embargo, hay que señalar que el espín no indica la dirección de rotación de un electrón (como en una peonza), sino que se debe a la estructura interna de un electrón.
El espín del electrón s (número cuántico de espín) se especifica con dos operadores de alineación: Con +1/2 (arriba) o -1/2 (abajo).
Cómo medir el espín del electrón
Se ha demostrado que el espín del electrón está relacionado con el momento magnético, ya que éste puede utilizarse para medir la dirección del espín del electrón. El experimento de Stern-Gerlach demostró que los átomos de plata se desvían en un campo magnético no homogéneo, lo que significa que aquí también se puede reconocer el espín del electrón: la mitad de los átomos se desviaron en una dirección determinada y la otra mitad en la dirección opuesta.
Teniendo en cuenta el principio de Pauli, el espín del electrón tiene una gran influencia en el movimiento y la ubicación de la partícula. En un estado de igual energía e idéntico momento angular, siempre puede haber exactamente dos electrones en un átomo. La única diferencia entre las dos partículas se oculta en la orientación opuesta del espín de los electrones. Se compensan mutuamente, es decir, están emparejados.
¿Qué efectos tiene el espín de los electrones?
Ciertos átomos sólo contienen electrones emparejados, lo que significa que el espín total de los electrones es cero y no está alineado con un campo magnético externo. En este caso hablamos de diamagnetismo. Si, por el contrario, existe una interacción de intercambio, los espines de los electrones no difieren en su dirección. Si esta interacción de intercambio es mayor que la energía térmica de los electrones, el material reacciona ferromagnéticamente.