Techniklexikon

Feinstruktur

Laboratoriumsmethoden und -geräteQuantenmechanik, im engeren Sinne die Struktur der atomarer Energieniveaus bzw. Spektrallinien in Folge der Aufspaltung durch Spin-Bahn-Kopplung in Feinstrukturterme (Atomspektrum); diese Terme unterscheiden sich durch die Einstellung des Bahndrehimpulses l  zur Spinrichtung (2l + 1 mögliche Einstellungen). Der Begriff wird oft auch in einem weiteren Sinne für verschiedene Aufspaltungen in Molekülspektren gebraucht, die durch Spin-Bahn-, Austausch- sowie durch magnetische Wechselwirkungen zwischen den Elektronen zustande kommen. Bei der Elektronenspinresonanz beispielsweise kommen Feinstrukturaufspaltungen der Zeeman-Niveaus (Zeeman-Effekt) vor allem durch magnetische und Austausch-Wechselwirkungen zwischen ungepaarten Spins zustande (z.B. in organischen Polyradikalen, Ionen von seltenen Erden und bestimmten Übergangsmetallen). Im Gegensatz dazu bedingt das viel schwächere Magnetfeld des Kerns nur die sehr viel kleinere Hyperfeinstruktur-Aufspaltung. Schon die Feinstrukturaufspaltung ist fast millionenmal kleiner als die Zustandsenergie selbst und sogar fast tausendmal kleiner als k_BT bei Zimmertemperatur.

Die theoretische Beschreibung der Feinstruktur erfordert eine relativistisch-quantenmechanische Behandlung, die zuerst von A. Sommerfeld durchgeführt wurde und durch eine neue Naturkonstante a gekennzeichnet ist (Feinstrukturkonstante).

Feinstruktur 1: Zusammensetzung der Feinstrukturaufspaltung DE_fs aus relativistischen Korrekturen (DE_rel), der Spin-Bahn-Kopplung (DE_LS) und dem Darwin-Term DE_Darwin.

Feinstruktur 2: Feinstrukturaufspaltung der Zustände des Wasserstoffatoms (nicht massstäblich). Energieniveaus a) ohne b) mit Feinstrukturaufspaltung.