自发磁化理论.ppt

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1、第三章自发磁化理论第一节铁磁性物质的基本特征第二节朗之万顺磁性理论第三节Weiss分子场理论第五节亚铁磁性基本理论第六节直接交换作用返回习题三第十节RKKY理论第九节铁磁性的能带理论模型第八节低温自旋波理论第七节超交换作用第四节反铁磁性定域分子场理论结束放映第一节铁磁性物质的基本特征1、铁磁体内存在按磁畴分布的自发磁化2、，可达10～106数量级，加很小的外场即可磁化至饱和（原因即是存在自发磁化）。3、M—H之间呈现磁滞现象，具有Mr。4、存在磁性转变温度Tc——居里温度5、在磁化过程中表现出磁晶各向异性与磁致伸缩现象。第二节朗之万顺磁性理论顺磁性出现与下列物质中：具有奇数个电子的原子、

2、分子。此时系统总自旋不为零。具有未充满电子壳层的自由原子或离子。如：各过渡元素、稀土元素与錒系元素少数含偶数个电子的化合物，包括O2与有机双基团。元素周期表中第VIII族三联组本身以及之前诸元素的所有金属。现在，我们只考虑2）中所说的物质。一、Langevine顺磁性理论的基本概念：设顺磁性物质的原子或分子的固有磁矩为。顺磁性物质的原子间无相互作用（类似于稀薄气体状态），在无外场时各原子磁矩在平衡状态下呈现出混乱分布，总磁矩为零，当施加外磁场时，各原子磁矩趋向于H方向。每个磁矩在H中的磁位能：若单位体积中有N个原子，受H作用后，相对于H的角度分布服从Boltzman统计分布。系统的状态配

3、分函数：两种情况：1、高温时：2、低温时：说明低温下，只要H足够强，原子磁矩将沿H方向排列。Langevine顺磁性理论所描述的磁化规律:M/M0二、Langevine函数的修正——布里渊函数按量子力学原理，原子磁矩在空间取向是量子化或不连续的。由前面的讨论知：对于高温（或弱场）情况：结果与经典理论一致.对于低温（或高H)情况：此外,可证明:若，即原子磁矩取向任意，第三节Weiss分子场理论1、“分子场”理论的两点假设：a、分子场假设：b、磁畴假设:2、作用与地位a、是现代磁性理论的基础（自发磁化理论、技术磁化理论）。b、可定性解释自发磁化利用前面讨论地Langevine顺磁性理论推广到

4、铁磁性物质中，可导出自发磁化强度与温度的关系，——居里－外斯定律。一、分子场理论对自发磁化的唯象解释T>Tc时，铁磁性转变为顺磁性，热骚动能破坏了分子场对原子磁矩有序取向的作用。二、自发磁化强度Ms及其与温度的关系Weiss假设，分子场Hmf与自发磁化强度Ms成正比。式中，为Weiss分子场系数在外场作用下，由Langevine顺磁理论：联立求解方程1、2可得到一定H与T下的M，若令H=0,即可得到Ms，也可计算Tc。1、图解法求解讨论：当T=Tc时，直线与曲线相切于原点，即Ms=0。当T>Tc时，无交点，即无自发磁化，说明铁磁性转变为顺磁性，Tc称为居里温度（铁磁性居里温度）2、Tc的

5、物理意义此时二直线相切，斜率相同，即：Tc是铁磁性物质的原子本性的参数，表明热骚动能量完全破坏了自发磁化，原子磁矩由有序向混乱转变。三、居里－外斯定律的推导说明：Weiss分子场理论的结论是：Tp=Tc实际情况是：Tp>Tc，原因是铁磁性物质在T>Tc后仍短程有序。M0与Ms的区别：a、饱和磁化强度M0：原子磁矩在H作用下趋于H方向，即使再增加H，磁化强度不再增加，此时M趋近于M0。b、自发磁化强度Ms：把饱和磁化强度外推到H=0时的磁化强度的值。第四节反铁磁性的定域分子场论反铁磁性是弱磁性。此类物质多为离子化合物。典型金属：Cr、Mn典型离子化合物：MnO、FeO、CoO、NiO一、反

6、铁磁性主要特征：1、有一相变温度TN（Neel温度）T>TN时，类似于顺磁性，（居里－外斯定律）2、原子磁矩有序排列但每一次晶格的磁矩大小相等，方向相反，宏观磁性为零。二、“次晶格”与定域分子场Neel假设：反铁磁体中磁性离子构成晶格，可分为两个相等而又相互贯穿的次晶格A与B（A位、B位）。A位离子的只有B位离子作近邻，次近邻才是A（对B位亦然）。仿照Weiss分子场理论，同时考虑到最近邻间的反平行耦合，则作用在A、B位的分子场分别为：若A、B位离子同类且等量，则：所以，在H作用下，作用于A、B位的有效场分别为：利用Langevine顺磁理论，可求出热平衡时A、B位中的M：由此可求反铁磁

7、性的特性。1、Neel温度（Tc)在高温且H＝0时，MA、MB可用布里渊函数的高温近似描写：在T＝TN时，各次点阵开始出现自发磁化，说明H＝0时，上式有非零解。2、T>TN时，反铁磁性物质的特性T>TN时，反铁磁性自发磁化消失，转变为顺磁性，在H作用下沿H方向感生出一定M，只要出现磁矩，由于磁矩之间相互作用，便存在定域分子场。3、T