二重項状態

量子力学において、二重項は有効スピンが 1/2 であるシステムの複合量子状態であり、スピン成分の許容値は -1/2 と +1/2 の 2 つである。2 つの状態が可能な量子システムは、2 レベルシステムと呼ばれることもある。本質的に、自然界における二重項のすべての発生は回転対称性から生じ、スピン 1/2 はリー群 SU(2)の基本表現に関連付けられている。

歴史と応用

「ダブレット」という用語は、19 世紀初頭にまで遡ります。当時、イオン化され励起されたガスの特定のスペクトル線が、強い磁場の影響を受けて 2 つに分裂することが観察され、異常ゼーマン効果として知られています。このようなスペクトル線は、実験室だけでなく天文分光観測でも観察され、天文学者は太陽、恒星、銀河の周りの磁場の存在を推測し、その強度を測定することができました。逆に、物理学者は分光法でダブレットを観察することで、電子がスピンを持ち、さらにスピンの絶対値が 1/2 でなければならないと推測することができました。詳細については、スピン (物理学)の記事の歴史のセクションを参照してください。

ダブレットは物理学において重要な役割を果たし続けています。たとえば、医療技術である磁気共鳴イメージングは、核磁気共鳴に基づいています。この技術では、スピン 1/2原子核に分光学的ダブレットが発生し、そのダブレット分裂は無線周波数範囲にあります。磁場を適用し、無線周波数送信機を慎重に調整することで、核スピンが反転して放射線を再放射します。これはラビサイクルと呼ばれる効果です。放射された電波の強度と周波数により、このような核の濃度を測定できます。もう 1 つの潜在的な用途は、発光ダイオード (LED) の発光層としてのダブレットの使用です。これらの材料は、スピン統計に基づく理論上の量子効率が 100% であるという利点がありますが、シングレットシステムとトリプレットシステムは効率が大幅に低いか、Pt や Ir などの貴金属に依存して発光します。^[1]

参照

参考文献

^ イムラン・ムハンマド; ウェールマン・カレブ; チェン・マーク (2020)。「光電子特性に対するオープンシェル効果：N置換ビスフェナレニルからの反両極性電荷輸送と反カシャ二重項発光」。アメリカ化学会誌。142 (1) : 38–43。doi :10.1021/jacs.9b10677。PMID 31854979。S2CID 209418125。

IUPAC、化学用語集、第 2 版 (「ゴールドブック」) (1997)。オンライン修正版: (2006–)「二重項状態」。doi :10.1351/goldbook.D01853.html

[1] イムラン・ムハンマド; ウェールマン・カレブ; チェン・マーク (2020)。「光電子特性に対するオープンシェル効果：N置換ビスフェナレニルからの反両極性電荷輸送と反カシャ二重項発光」。アメリカ化学会誌。142 (1) : 38–43。doi :10.1021/jacs.9b10677。PMID 31854979。S2CID 209418125。