エネルギー準位

アトム

固有のエネルギーレベル

軌道状態のエネルギーレベル

ある原子軌道上に電子があるとします。その状態のエネルギーは、主に（負）の電子と（正）の原子核との静電的相互作用によって決定される。原子核の周りの電子のエネルギー準位は次のようになります。

E n = - h c R ∞ Z n {\22displaystyle E_{n}=-hcR_{\infty }{\frac {Z^{2}}{n^{2}}}\ }}。,

ここで、R ∞はリュードベリ定数（通常1eV～10³eV）、Zは原子核の電荷、nは主量子数、eは電子の電荷、hはプランク定数、cは光速である。

Rydbergレベルは、主量子数nにのみ依存する。.

微細構造の分割

微細構造は、相対論的な運動エネルギー補正、スピン軌道結合（電子のスピンや運動と原子核の電場との間の電気力学的相互作用）、ダーウィン項（原子核内のs殻電子の接触項相互作用）などから生じる。典型的な大きさ 10- {{3displaystyle 10^{-3}} eV.

超微細構造

スピン-核-スピン結合（超微細構造参照）。典型的な大き10さは{{displaystyle 10^{-44}} eV}である。

電子と他の電子の静電的相互作用

原子の周りに複数の電子がある場合、電子-電子-相互作用によってエネルギーレベルが上昇する。電子の波動関数の空間的な重なりが少ない場合は、これらの相互作用は無視されることが多い。

外場によるエネルギー準位

ゼーマン効果

その相互作用エネルギーはU = - μ B {\\\\ B} μ = q L / m2 {\\\\\ =qL/2m} となる。

スピンを考慮したゼーマン効果

これは、軌道角運動量による磁気双極子モーメントと、電子スピンから生じる磁気運動量の両方を考慮したものです。

相対論的効果(Dirac方程式)により、電子スピンから生じる磁気モーメントは、μ = - μ B g s {\\mu =-mu _{B}gs}となり、g {\displaystyle g}はジャイロ磁気係数(約2)である。 μ = μ l + g μ s {\displaystyle mu =\mu _{l}+g\mu _{s}}となる。したがって、相互作用エネルギーはU B = - μ B = μ B B ( m l + g m s ) {\displaystyle U_{B}=-\mu B=\mu _{B}B(m_{l}+gm_{s})}となる。

スターク効果

外部電界との相互作用（シュタルク効果参照）。

Molecules

大まかに言えば、分子のエネルギー状態、すなわち分子ハミルトニアンの固有状態は、電子成分、振動成分、回転成分、核成分、並進成分の和であり、次のようになります。

E = E l e c t r o n i c + E v i b r a t i o n a l + E r o t t a t i o n a l + E n u c l e a r + E t r a n s l a t i o n a l {˶ˆ꒳ˆ˵} E=E_{˶ˆ꒳ˆ˵E=E_{\\} {電子}}+E_{\\} {振動}。+E_{\\} {rotational} (回転)E=E_{mathrm {nuclear} }+E_{mathrm {rotational} }+E_{\\} {translational} (翻訳)}\,}

ここで、E e l e c t r o n i c {\{mathrm {electronic}}}は、電子分子ハミルトニアンの固有値（ポテンシャルエネルギー面の値）である。}}は、分子の平衡形状における電子分子ハミルトニアンの固有値（ポテンシャルエネルギー面の値）である。

分子のエネルギーレベルは、分子用語の記号で表示されています。

これらの成分の比エネルギーは、比エネルギーの状態や物質によって異なります。

分子物理学や量子化学の分野では、エネルギー準位とは、量子力学的に結合した状態のエネルギーを量子化したものである。

結晶材料

結晶材料は、多くの重要なエネルギー準位によって特徴づけられる。最も重要なものは、価電子帯の上端、伝導帯の下端、フェルミエネルギー、真空準位、そして結晶中の欠陥状態のエネルギー準位である。

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