Spin là gì
Spin là một khái niệm trong vật lý, là bản chất của mô men xung lượng và là
một hiện tượng của cơhọc lượng tửthuần túy, không cùng với những sựtương
đồng trong cơhọc cổ điển. Trong cơhọc cổ điển, mô men xung lượng được phát
triển từxung lượng cho sựquay của một vật có khối lượng, và được biểu diễn
bằng công thứcL=r×p, nhưng spin trong cơhọc lượng tửvẫn tồn tạiởmột hạt
với khối lượng bằng 0, bởi vì spin là bản chất nội tại của hạtđó. Các hạt cơ
bản nhưelectron có thểcó spin khác 0, ngay cảkhi nó được coi là chấtđiểm và
không có cấu trúc nội tại. Khái niệm spin đượcđưa ra lầnđầu vào
năm 1925 bởi Ralph Kronig và, đồng thời, bởi George Unlenbeck và Samuel
Goudsmit một cách độc lập.
Một hạt cơbản nhưelectron có thểquay trên một quỹ đạo xung quanh hạt
nhân nhưTrái Đất quay quanh Mặt Trời. Chỉcó điều khác, cách miêu tảsựtựquay
của electron khác với cách miêu tảsựtựquay của Trái Đất. Khi mộtđối tượng
quay quanh mình nó, tất cảcác điểm trên trục quay, giống nhưtâm điểm của một
đĩa quay, đều không chuyểnđộng. Tuy nhiên, nếu một vật nào đó có dạng điểm, thì
nó sẽkhông có những điểm khác nằm ngoài bất kỳtrục quay nào. Và nhưvậy, sẽ
không có chuyểnđộng tựquay của một hạtđiểm. Tuy nhiên, suy luận trên đã bị
nghi ngờbởi những nhà vật lý lượng tử.
Năm 1925, hai nhà vật lý người Hà Lan là George Uhlenbeck và Samuel
Goudsmit đã nhận thấy rằng một khối lượng lớn các sốliệu khó hiểu liên quan đến
những tính chất của ánh sáng phát xạvà hấp thụbởi các nguyên tửcó thểgiải
thích được nếu nhưgiảthiết rằng electron có những tính chất từrấtđặc biệt.
Trướcđó, nhà vật lý người Pháp, Andre Marie Ampere đã chứng tỏ được rằng các
điện tích chuyểnđộng sinh ra từtrường, George Uhlenbeck và Samuel Goudsmit đi
theo hướng đó và đã phát hiện ra chỉcó một loại chuyểnđộng đặc biệt của electron
mới tạo ra được những tính chất từphù hợp với các sốliệuđođược: đó là chuyển
động tựquay, hay còn gọi là spin. Hai ông đã viết một bài báo ngắn, với kết luận
"các electron vừa quay vừa tựquay". Theo bài báo ngắn trên, mỗi electron trong
vũtrụluôn luôn và mãi mãi quay với một tốcđộ cố định và không bao giờthay đổi.
Spin của electron không phải là một trạng thái chuyểnđộng nhất thời như đối với
những vật quen thuộc mà vì một nguyên nhân nào đó khiến cho chúng tựquay.
Spin của electron là một tính chất nội tại, cốhữu giống nhưkhối lượng và điện
tích của nó. Nếu một electron không có spin thì nó không còn là một electron nữa.
Ý tưởng vềspin ban đầu chỉtập trung vào electron, nhưng sau đó các nhà vật
lý đã mởrộng ý tưởng này với tất cảcác hạt vật chấtđược liệt kê trong bảng các
họhạt cơbản, cùng với hạtgraviton, là hạtảo hay hạt truyền tương tác trong tương
tác hấp dẫn.
Công thức toán học cho spin
Toán tửcủa Spin A biểu diễn gần giống với toán tửmô men xung lượng L, ở
đó l = 1/2. Toán tửspin có 2 giá trịcực biên là ,ở đó là hằng sốPlanck, sẽ ứng
với hai trạng thái Spin up và Spin down.
Không khó khăn lắmđể đođược spin ởmột hướng - toán tửtương ứng sẽ
là ở đó n là vectơ đơn vịtheo hướng tùy thích và
la toan tư󰈖 vector spin conσ-s la ma trận Pauli.
Ví dụ, muốnđo spin theo hướng Z trong trục tọađộ Đề Cát. Sẽcó 2 vịtrí
trạng thái cực biên - Spin up và Spin down. Nếu ta có một vectơtọađộ nhưsau
Thì toán tửtương ứng trong biểu diễn trên sẽlà
Đươ󰈨c go󰈨i la ma tra󰈨n bi u di n. Cac phep toan tư󰈖 trong cac vectơto󰈨ađo󰈨 đươ󰈨c
go󰈨i la spinor
Ứng dụng của spin
Có một ngành khoa học mới ra đời mang tên Spintronics (Điện tửhọc
spin).Tên gọi này bắt nguồn từviệc sửdụng spin hay moment từcủa electron thay
vì sửdụng điện tích của nó trong các ngành nhưmicroelectronics .Tính chất từcủa
electron hay spin của nó được giải thích bởi Dirac khi nhà vât lý thiên tài này trong
nỗlực kết hợp cơhọc lượng tửvà thuyết tương đối. Các dụng cụsửdụng tính chất
spin củađiện tửcó thể được dùng trong các máy tính lượng tửvà thông tin lượng
tửtrong tương lai.
Thực tếlà sự định hướng của spin điện tử được sửdụng trong các cảm biến
từ,đặc biệt là trong cácđầuđọc và ổcứng từ. Trong tất cảcác môi trường ghi từthì
bềmặt ghi có chứa các lớp từ, các lớp từnày được chia thành các vùng từnhỏ
(magnetic domains). Moment từcủa các vùng từnày được biểu diễn bởi hai trạng
thái thông tin ‘0’ và ‘1’. Trong trường hợp củaổ đĩa cứng, các trạng thái này đươc
đọc bởi một dụng cụmỏng và nhạy có chứa các lớp vật liệu từvà không từxen kẽ
nhau.
Ưuđiểm thứhai của các dụng cụsửdụng tính chất của spin là khảnăng tích
trữ. Trong những năm gầnđây, nhờsựphát hiện của hiệuứng từ điện trởkhổng
lồ(GMR), mà khảnăng tích trữcủa các vật liệu từtăng lên một cách nhanh chóng.
Hiệuứng từ điện trởkhổng lồ được khám phá bởi Albert Fert (thuộc trường đại
học Paris 11 và Peter Grunberg, nó bắt nguồn từspin-up và spin-down củađiện tử
gặp các trởkháng khác nhau khi chúng đi qua các lớp từ. Các điện tửvới spin định
hướng cùng chiều (sắt từ) sẽgặp một sựtrởkháng bé hơn so với các điện tửcó
spin định hướng ngược chiều nhau. Sau sựra đời của GMR, thì TMR (tunnelling
magnetoresistance) cũng ra đời, nó sinh ra một sựthay đổiđiện trởlớn hơn nhiều
so với GMR trong một trường bé.
Kỉniệm 50 năm ngày Yuri
Gagarin bay vào vũtrụ
Cách đây 50 năm nhà du hành Yuri Gagarin trởthành ngườiđầu tiên
bay vào vũtrụ, ghi một dấuấnđậm nét trong lịch sửloài người và tạo nên
một trong những thành quảvĩ đại nhất của Liên Bang Cộng Hòa Xã Hội Chủ
Nghĩa Xô-Viết.
Chuyến bay vào ngày 12/4/1961 của Gagarin, khi đó 27 tuổi, vẫn là niềm tự
hào của người dân Liên Xô trướcđây và Nga hiện nay. Họcoi đó là thành tựu lớn
nhất củađất nước trong thời kỳxã hội chủnghĩa. Cái chết của Gagarin trong một
vụtai nạn 7 năm sau đó càng khiến tên tuổi của ông được tôn kính hơn.
Phi thuyền Phương Đông cùng Gagarin được phóng lên quỹ đạo trái đất từsân bay
vũtrụBaikonur tại Kazakhstan vào lúc 9h07 giờMatxcơva ngày 12/4/1961. Sau
khi hoàn thành chuyến bay, Gagarin nhảy ra khỏi khoang và hạcánh an toàn bằng
dù. Ông đáp xuống một cánh đồng tại tỉnh Saratov. Toàn bộchuyến bay kéo dài
trong 108 phút.
Những ngườiđầu tiên gặp Gagarin khi ông hạcánh là bà Anna Takhtarova, một
nông dân, và đứa cháu 4 tuổi có tên Margarita.
“Tôi thấy một vật gì đó rất to màu vàng cam với chiếcđầu khổng lồlao vềphía
chúng tôi. Bà tôi giúp Yuri Gagarin cởi chiếc mũsắt bằng cách nhấn một nút nào đó.
Khi một khuôn mặt hiện ra cùng nụcười thì chúng tôi hiểu rằng một con người
đang đứng trước chúng tôi”, Margarita, đứa bé 4 tuổi ngày ấy, hồi tưởng trong buổi
phỏng vấn do nhật báo Komsomolskaya Pravda tổchức.
Hàng trăm nghìn người dân Nga tràn ra các đường phố ở thủ đô Matxcơva của
Liên Xô cũkhi biết tin Gagarin bay vào vũtrụthành công. Sựkiệnđó cho thấy vai
trò dẫnđầu của Liên Xô trong cuộc chạyđua vào vũtrụ. Vịtrí đó thuộc vềLiên Xô
cho tới khi Mỹ đưa người lên mặt trăng vào năm 1969. Sựhiện diện của Gagarin
tại Nga được thểhiện qua bức tượng titan có chiều cao 40 m của ông tại Matxcơva.
Hai cánh tay của ông dang rộng sang hai bên giống nhưsiêu nhân chuẩn bịbay lên
trời.
Tổng bí thưNikita Khrushchev, nhà lãnh đạo tối cao của Liên Xô lúc đó,đã sửdụng
tiếng tăm của Gagarin để thúc đẩy hòa bình trên thếgiới. Nhà du hành được phái
tới nhiều nước với tưcách là sứgiảhòa bình và hữu nghị. Ông gặp gỡnhiều nhà
lãnh đạo, trong đó có Nữhoàng Anh.
“Thành tựu này cho thấy tài năng của nhân dân Xô Viết và chế độ xã hội chủnghĩa”,
AFP dẫn một câu trong tuyên bốcủaĐiện Kremlin sau ngày 12/4/1961.
Mỹ đáp trảLiên Xô một cách khiêm tốn bằng cách đưa phi hành gia Alan Shepherd
lên quỹ đạo vào ngày 5/5/1961. Tuy nhiên, chuyến bay của Shepherd chỉdiễn ra
trong 15 phút 22 giây nên tàu không thểbay hết một vòng quanh địa cầu. Mãi tới
gần một năm sau chuyến bay của Gagarin, Mỹmới thực hiệnđược chuyến bay
vòng quanh trái đất. Chuyến bay, mang theo phi hành gia John Glenn, diễn ra vào