Interacción espín-órbita

La interacción espín-órbita, en magnetoquímica, es la interacción magnética (cuántica) entre el momento magnético de espín y el momento magnético orbital. El acoplamiento espín-órbita es el acoplamiento entre estos momentos magnéticos.

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Sólo lo encontramos cuando en un ion, además de electrones desparejados (que aportan momento magnético de espín) tenemos una configuración electrónica con degeneración orbital. En estos casos, coexisten la interacción electrostática (repulsión de Coulomb) con la magnética (interacción espín-órbita). Generalmente, se calcula usando la teoría perturbacional: se supone que una de las dos interacciones es mucho más intensa, y se trata a la menos intensa como una perturbación menor.

Esquema de Russell-Saunders

Este esquema supone que la interacción electrostática es mucho más intensa que la magnética. Esta condición es válida para los metales de la primera serie de transición, y progresivamente menos adecuada para la segunda y tercera. Se describe de forma análoga al canje magnético, con el siguiente hamiltoniano:

donde L es el resultado del acoplamiento de los l_i individuales, S es el resultado del acoplamiento de los s_i individuales, y λ es positivo para capas de orbitales d menos que semillenas (d1-d4), negativo para capas más que semillenas (d6-d9) y nulo para capas vacías y semillenas. El acoplamiento de S y L es lo que da lugar al momento magnético global J.

La interacción espín-órbita así considerada está directamente relacionada con el desdoblamiento a campo nulo y con el factor g de Landé: si hay elongación axial en la coordinación del ion metálico, un λ positivo implica un g<2 y un D<0. Compresión axial y λ negativo tienen el mismo resultado, mientras que las otras dos combinaciones tienen el resultado opuesto (g>2 y D>0).

Esquema j-j

Este esquema es el opuesto al de Russell-Saunders, y se basa en una interacción magnética es mucho más intensa que la electrostática. Es válida especialmente para los actínidos, y, en menor medida, para los lantánidos. En este esquema se acoplan fuertemente las l_i y s_i para dar j_i, y son éstas las que interaccionan para dar una J total.

Acoplamientos intermedios

Cuando es necesaria una aplicación simultánea de las dos interacciones, por ser de magnitud comparable, la resolución del problema presenta una complejidad mucho mayor, y no es posible llegar a soluciones analíticas generales. En estos casos, es útil e ilustrativo representar diagramas de correlación entre las dos aproximaciones anteriores. En general, éstos no presentarán una correspondencia biunívoca entre estados, sino que mostrarán mezclas, por la regla de no cruzamiento.