g因子（読み）じーいんし（英語表記）g-factor

日本大百科全書(ニッポニカ)

g因子
じーいんし
g-factor

原子またはイオン内では多数の電子が原子核の周りを回転している。それらのうち外殻電子がもつ全磁気モーメントと全角運動量の比を原子的単位で測った単位のない値をg因子という。図のように原子核の周りを回転している電子は回転運動に伴う軌道角運動量ベクトルLをもつ（図では1個の電子が描かれているが、実際の原子では複数個の外殻電子が寄与することが多く、その場合は合成された角運動量を考える）。電子の回転運動は円電流と同等なので、この電子は磁気モーメントベクトルm_Oをもち、m_OはLに比例する。ただし、電子の電荷が負であることに対応して、ベクトルm_OとLは逆向きである。式で表わせば、m_O＝－μ_BLとなる。μ_Bはボーア磁子とよばれ、電子の磁気モーメントの原子的単位である（μ_B＝eħ/2mc＝0.927×10^-20 erg/G＝10^-24 J/T：eは電子の電荷、mは電子の質量、cは光速度、ħはプランク定数である）。電子の全磁気モーメントMが電子の軌道運動のみによる場合は、M＝m_Oで、表記のg因子はg＝｜m_O/μ_BL｜＝1となる。また、電子は軌道角運動量のほかに、スピンとよばれる（自転に相当する）スピン角運動量ベクトルSをもち、Sに比例する（Sとは逆向きの）磁気モーメントベクトルm_Sをもっている。量子力学から、m_S＝－2μ_BSと求められる。したがって、Mがスピンのみによる場合は、g＝2となる。一般的には、全磁気モーメントMはm_Oとm_Sの和となり、M＝＜m_O＋m_S＞と表わされる。ここで、＜＞は量子力学的平均を意味する。Mを実験的に測定することは容易であるが、理論的に計算することは、個々の物質ごとに量子力学的に実行しなければならないので非常に複雑である。一方、角運動量を実験的に測定することはむずかしいが、表題のg因子を実験的に測定することは容易である。そこで、g因子を測定すれば、S、L（つまり電子状態）についての情報を得ることができる。

　g因子は磁気共鳴やアインシュタイン・ドハース効果により測定されるが、後者で測定された値はg'因子とよばれる。鉄・コバルト・ニッケルなどでは、実験値はいずれも約2である（実験値はgが2よりわずかに大きく、g'はわずかに小さい）。したがって、これらの磁気モーメントは大部分が電子スピンに由来することがわかる。種々の化合物内で磁気モーメントをもつ原子の外殻電子は、結晶内で軌道角運動量が消失または非常に小さくなっていることが多い。軌道角運動量が寄与するような場合には、2から大きくずれることもある（1と2の中間の値とは限らない）。

　g因子は電子の状態についての情報を提供する重要な量であるが、1970～1980年代以降は、電子状態の情報を得るほかの測定手段の発展などにより関心が薄れてきたようである。

［宮台朝直］

『キッテル著、宇野良清他訳『キッテル固体物理学入門』上下・第7版（1998・丸善）』

[参照項目] | 角運動量 | 磁気共鳴 | 磁気モーメント | スピン | 電子スピン共鳴

電子のスピン角運動量と軌道角運動量〔図…

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

g因子
ジーいんし
g-factor

電子系が軌道運動またはスピンによる角運動量をもつとき，それに伴う磁気モーメントが存在し，外部磁場によってゼーマン効果がみられる。この磁気モーメント μ と角運動量 J の間には μ＝gμ₀eJ/2m (MKSA単位系，μ₀ は真空の透磁率，e は電子の電荷，m は電子の質量) という関係があり，比例定数 g を g 因子という。また γ＝μ/J を磁気回転比と呼ぶこともある。角運動量が純粋に電子の軌道運動量による場合は g＝1 ，純粋に電子スピンだけなら g＝2 となる。スピン軌道相互作用が大きい自由原子では，g＝3/2＋{S(S＋1)－L(L＋1)}/2J(J＋1) で与えられる。ここで L は軌道角運動量，S はスピン角運動量，J は合成角運動量を表わす。この g をランデの g 因子という。核子系では，電子の場合に用いたボーア磁子の代りに核磁子を用いて，同様に g 因子が定義される。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

化学辞典 第2版

g因子
ジーインシ
g-factor

原子核や電子の磁気モーメントとその角運動量との関係を表す因子．磁場Hのなかでのゼーマン効果によって分裂した電子系のエネルギーの間隔は，ボーア磁子 μ_B を使ってgμ_BHと表されるが，このgをg因子とよぶ．磁気モーメントにあずかる角運動量が純粋にスピンのみの場合はg ＝ 2で，軌道角運動量のみの場合はg ＝ 1である．ラッセル-ソーンダーズ結合の近似が成り立つ自由な原子またはイオンでは，

と表され，ランデのg公式とよばれる．ここで，Lは軌道角運動量，Sはスピン角運動量，Jは合成角運動量を表す．gの値は電子スピン共鳴の測定から求めることができる．

出典　森北出版「化学辞典（第2版）」

世界大百科事典（旧版）内のg因子の言及

【磁気モーメント】より

…電子の角運動をħJ(ħはプランクの定数hを2πで除したもの)，磁気モーメントをmとすると，m＝gμ_BJと表される。gはg因子と呼ばれ，Jがスピン角運動量の場合2で，軌道角運動量の場合1である。μ_Bは電子の磁気モーメントの量子単位でボーア磁子と呼ばれ，μ_B＝eħ/2mc0.9×10^－20erg/ガウス(emu)である(e,mはそれぞれ電子の電荷，質量，cは光の速度)。…

【電子スピン共鳴】より

…ところで，量子論によれば，電子の軌道角運動量とスピン角運動量の大きさは，それぞれ，であって，そのz方向の成分の大きさはmħ，m_sħである(mは－l≦m≦lの整数，m_s＝1/2，－1/2)。そこでγħ≡β(ボーア磁子)とおき，量子論による磁気モーメントをμ＝－gβm(ないし－gβm_s)で表すと，古典論からの補正定数g(g因子という)は，軌道運動の場合1(古典論と一致)，スピンでは2.002319となる。いま電子スピンに基づく磁気双極子が磁場Hの中に置かれているとしよう。…

※「g因子」について言及している用語解説の一部を掲載しています。

出典｜株式会社平凡社「世界大百科事典（旧版）」