微細構造(読み)びさいこうぞう(英語表記)fine structure

翻訳|fine structure

改訂新版 世界大百科事典 「微細構造」の意味・わかりやすい解説

微細構造 (びさいこうぞう)
fine structure

元来は,原子発光スペクトルにおいて,波長の接近した何本かの発光線が一群となって観測される場合,その構造を一般的に微細構造と呼んだが,現在は主として電子のスピン軌道相互作用による発光線の分裂,または同じ原因による原子内の電子のエネルギー準位の変化について用いられる。

 原子内の電子は,空間的な運動による軌道角運動量Lプランク定数hとして,h/2πを単位としてはかる)のほかスピンと呼ばれる固有の角運動量S(同じくh/2πを単位としてはかる)をもち,両者に伴う磁気モーメントの間には相互作用(スピン軌道相互作用)がある。このため,特定のLに対する原子内のエネルギー準位は,LSの合成運動量Zの値|LS|,|LS|+1,……,|LS|によって2S+1個(SLのとき)または2L+1個(SLのとき)の接近した準位に分かれ,発光線にもそれに対応した構造,すなわち分裂が現れる。この分裂した各発光線を微細構造線と呼ぶ。分裂の大きさは微細構造定数αに特徴づけられる。αは,光の速度をc,電子の電荷を-e,真空の透磁率をμ0とすると,α=μ0ce2/2h=(137.03604)⁻1で与えられる(CGS単位では2πe2/hc)無次元の普遍定数で,微細構造に限らず,電子,中間子,光子の間の相互作用を特徴づける自然界の重要な定数である。異なるJの値をもつ準位の間隔および微細構造線の間隔は,準位の深さあるいは発光線の振動数のおよそα2≅10⁻4倍であり,重い原子ほど,また深い準位ほど大きくなる傾向がある。1個の価電子(S=1/2)をもつアルカリ金属では,L=1の励起準位PがP1/2とP3/2添字Jの値)に分裂しているので発光は二重線となる。ナトリウムのD1線とD2線の存在はこの例であり,分裂の大きさは波長で約0.6nm,波数にして1719m⁻1である。2個の価電子(S=1)をもつカルシウムストロンチウムのようなアルカリ土類金属では,P準位がP0,P1,P2準位に分裂しているので三重線が観測される(ただし,いずれの場合も基底状態L=0で分裂しない)。

 今世紀初頭の原子構造論において,微細構造の存在は,異常ゼーマン効果と並んで,スピンの発見(1925)に重要な手がかりを与えた。微細構造は多くの場合,通常の可視分光器で分解できるが,軽い元素では線幅の中に入ってしまい精密な測定はできない。W.E.ラムとR.レザフォードは極超短波の吸収を使って水素原子の微細構造準位を精密に測定し,現在,ラム・シフトと呼ばれている量子電磁力学の重要な効果を発見した(ラム=レザフォードの実験)。

 原子スペクトルには,原子核と電子の相互作用に基づくさらに微細な構造があり,それは超微細構造と呼ばれている。なお,分子スペクトルでは,電子準位または振動準位に対して回転準位を含む遷移を微細構造と呼ぶこともある。
超微細構造
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ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典 「微細構造」の意味・わかりやすい解説

微細構造
びさいこうぞう
fine structure

近接したエネルギー準位,またはこれらの準位が存在するために生じる近接したスペクトル線をまとめて多重項または多重線として考察するとき,これらの構造を微細構造という。一般に原子のエネルギー項は縮退しているが,電場や磁場が加わると縮退がとけて少しだけエネルギーが異なるエネルギー多重項に分裂して微細構造が現れる。スペクトルではシュタルク効果ゼーマン効果として多重線が現れる。原子では微細構造は電子のスピン,スピン軌道結合,相対論的効果として説明される。分子では回転エネルギーによる微細構造もある。原子核に起因する多重項の分裂は小さく,超微細構造と呼んで区別される。

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化学辞典 第2版 「微細構造」の解説

微細構造
ビサイコウゾウ
fine structure

広義には,各種のエネルギー準位に生じる微細な分裂,またはそれによってスペクトルに現れる微細な構造をいう.狭義には,原子において,全軌道角運動量量子数Lおよび全スピン角運動量量子数Sで指定されるエネルギー準位が,スピン-軌道相互作用によって小さな分裂を生じて多重構造を示すこと,ないしは,そのために原子スペクトルに現れる多重構造のことをいう.たとえば,NaのD線は588.997と589.593 nm の2本からなる微細構造を示す.

出典 森北出版「化学辞典(第2版)」化学辞典 第2版について 情報

岩石学辞典 「微細構造」の解説

微細構造

組織(texture)と同意語で,結晶粒間の幾何学的配列および内部関係と,粒間の内部的な特徴をいい,冶金学などで使用する語との混同をさけるような場合に用いられる[Mason : 1978, Baker : 1990].

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