電子のスピン・とは？初心者向けガイド共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

電子のスピン・とは？

電子のスピン は、電子がもつ物理的な性質の一つで、回転しているかのように見える「角運動量」を指します。実際には電子は小さな粒子ですが、私たちが回転している物体と同じように回っているわけではありません。スピンは量子の世界で生まれる固有の性質で、観測するまで正体が決まらないことが多いのです。

私たちが日常で感じる磁石の力は、電子のスピンと関係しています。物質の多くの磁性は、電子のスピンの向きがそろう「スピン整列」によって生じます。例えば鉄のような磁性体では、内部の多くの電子が同じ向きに並ぶことがあり、それが磁場を作り出します。

スピンは何を表すの？

スピンは実際の回転の速さではなく、電子がもつ固有の角運動量を表す量です。古典物理のように連続的に「回す角度」をもつわけではなく、量子の世界では“上向き”と“下向き”のような離散的な状態しか観測できません。これを“スピンの2状態”と呼ぶことが多く、上向きの場合を「+1/2」、下向きの場合を「-1/2」と数えることがあります。

スピンはどう表現されるの？

実際には測定を通じて初めてスピンの向きが決まります。測定結果は常に確率的で、どのくらいの確率で上向きか下向きかが決まります。私たちが使う言葉としては「スピンがアップしている」「スピンがダウンしている」という表現が一般的です。

状態	観測結果	磁気モーメントの方向
上向き	アップ	北向き
下向き	ダウン	南向き

日常の応用と未来の技術

スピンの概念は、現代の情報技術にも影響を与えています。スピンを使った情報処理を目指す分野を「スピントロニクス」といい、磁石を使ってデータを記録・読み出しする新しいタイプのデバイスが研究されています。従来の電荷だけを使う回路に比べ、同じ大きさの装置で情報を多く保持できる可能性があり、将来的には省エネルギーなパソコンやスマートフォンの実現につながると期待されています。

また、量子情報の分野ではスピンを量子ビット（キュービット）として用いる実験が進んでいます。キュービットは0と1だけでなく、0と1の間の状態も同時に持てるという特徴があり、これが量子計算の可能性を広げます。重ね合わせという性質で、スピンの向きを組み合わせた状態を使います。