电子磁矩
电子是发现较早的一种基本粒子,存在于原子核外.各种化学元素便是根据该元素原子的原子核中的质子数目,也就是该元素原子在非电离的正常状态下的原子核外的电子数目决定的.原子中的电子磁性有由电子的自旋产生的自旋磁矩和电子环绕原子核作轨道运动产生的轨道磁矩.对于不处于原子中的自由电子说来,就只有自旋磁矩,是电子具有的内禀磁性,常简称电子磁矩.一般电子学只考虑运动电子的电荷所产生的电流,但是在上个世纪(20世纪)末,由于现代磁学和高新技术的发展,诞生了磁学与电子学交叉的称为磁电子学、又称自旋电子学的新的交叉磁学或称边缘磁学.这样在磁电子学中电子电流和电子磁矩(自旋)都得到研究和应用.
电子磁矩研究的一项很重要又很有意义的成果是对电子磁矩的精密测量和理论计算.这表现在20世纪中期的30年研究中,对应用于电子磁矩与电子角动量关系的电子g因数的反常因数(简称g反常因数) α的精密测量和理论计算上.按早期的理论研究,g因素g=2,即g反常因数α=0,但是在长期的越来越精密的实验研究中却表明,α并不等于0,如表1中所示,在1948~1978的30年实验研究中,α的实验测量值从3位有效数字增加到10位有效数字.同时更值得注意的是,对g反常因数α的理论计算,在考虑了多种对电子磁矩的影响因素后,得到的理论计算值也达到10位有效数字和很高的精度(很低的不确定度).还值得注意的是,g反常因数α的实验测量值和理论计算值在10位有效数字中竟有8位有效数字相同,这些都从表1中可以清楚地看出.总的说来,关于电子(自旋)磁矩的实验测量和理论计算达到这样高的有效位数,而实验测量值与理论计算值达到这样高的符合程度,在磁学和其他自然科学中都是非常罕见的.
表1 电子g反常因数α=0.5*(g-2)的实验测量值和理论计算
年 代
α的实验测量值
α的测量不确定度
1948
119×10-5
±5×10-5
1948
116×10-5
±12×10-6
1952
1146×10-6
±5×10-6
1956
1168×10-6
±300×10-9
1958
1159660×10-9
±35×10-10
1971
11596567×10-10
±200×10-12
1976-1978
1159652410×10-12
±400×10-12
a的理论计算值1159652400×10-12
磁体转动时，它周围的磁场也一同转动，电动机就是这个原理，依据经典电磁学理论，转动的磁场有速度、角动量、能量等物理量。受此启发把电子自旋和磁体转动作类比，电子自旋就是电子作经典的转动，同时，电子周围的电场也一同转动，依据经典电磁学理论可知，转动的电子和电场均有速度、能量、角动量等物理量。
如果磁是电磁以太涡旋，一个磁铁，没看到任何电磁以太的涡旋，为什么会有磁性？我们的回答是：物质的磁性起源于原子中电子的运动，电子的运动会产生一个电磁以太的涡旋。
早在1820年，丹麦科学家奥斯特就发现了电流的磁效应，第一次揭示了磁与电存在着联系，从而把电学和磁学联系起来。
为了解释永磁和磁化现象，安培提出了分子电流假说。安培认为，任何物质的分子中都存在着环形电流，称为分子电流，而分子电流相当一个基元磁体。当物质在宏观上不存在磁性时，这些分子电流做的取向是无规则的，它们对外界所产生的磁效应互相抵消，故使整个物体不显磁性。在外磁场作用下，等效于基元磁体的各个分子电流将倾向于沿外磁场方向取向，而使物体显示磁性。
磁现象和电现象有本质的联系。物质的磁性和电子的运动结构有着密切的关系。乌伦贝克与哥德斯密特最先提出的电子自旋概念，是把电子看成一个带电的小球，他们认为，与地球绕太阳的运动相似，电子一方面绕原子核运转，相应有轨道角动量和轨道磁矩，另一方面又绕本身轴线自转，具有自旋角动量和相应的自旋磁矩。施特恩-盖拉赫从银原子射线实验中所测得的磁矩正是这自旋磁矩。（人们认为把电子自旋看成是小球绕本身轴线的转动是不正确的）
电子绕原子核作圆轨道运转和绕本身的自旋运动都会产生电磁以太的涡旋而形成磁性，人们常用磁矩来描述磁性。因此电子具有磁矩，电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。在晶体中，电子的轨道磁矩受晶格的作用，其方向是变化的，不能形成一个联合磁矩，对外没有磁性作用。因此，物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。每个电子自旋磁矩的近似值等于一个波尔磁子。 是原子磁矩的单位， 。因为原子核比电子重2000倍左右，其运动速度仅为电子速度的几千分之一，故原子核的磁矩仅为电子的千分之几，可以忽略不计。
孤立原子的磁矩决定于原子的结构。原子中如果有未被填满的电子壳层，其电子的自旋磁矩未被抵消，原子就具有“永久磁矩”。例如，铁原子的原子序数为26，共有26个电子，在5个轨道中除了有一条轨道必须填入2个电子（自旋反平行）外，其余4个轨道均只有一个电子，且这些电子的自旋方向平行，由此总的电子自旋磁矩为4 。
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