第六章 固体的磁性

《第六章 固体的磁性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、固体的磁性固体的磁性MagnesiumofSolidMagnesiumofSolid6.1引言主要内容磁性材料及固体磁性的历史原子的磁性磁性的分类及基本物质方程交换作用及磁畴铁磁物质的技术磁化学习提示重点掌握基本物理概念理解和掌握交换作用磁性的分类及基本物质方程交换作用及磁畴磁性材料及磁性的研究历史19世纪前指南针司马迁《史记》描述黄帝作战用1086年宋朝沈括《梦溪笔谈》指南针的制造方法等1119年宋朝朱或《萍洲可谈》磁石罗盘用于航海的记载最早的著作《DeMagnete》W.Gibert18世纪奥斯特电流产生磁场19世纪法拉弟效应在磁场中运动导体

2、产生电流安培定律电磁学基础电动机、发电机等开创现代电气工业磁性材料及磁性的研究历史20世纪后1907年P.Weiss的磁畴和分子场假说1919年巴克豪森效应1928年海森堡模型，用量子力学解释分子场起源1931年Bitter在显微镜下直接观察到磁畴1933年加藤与武井发现含Co的永磁铁氧体1935年荷兰Snoek发明软磁铁氧体1935年Landau和Lifshitz考虑退磁场,理论上预言了磁畴结构1946年Bioembergen发现NMR效应1948年Neel建立亚铁磁理论1957年RKKY相互作用的建立1958年Mössbauer效应的发现1965年Mader和

3、Nowick制备了CoP铁磁非晶态合金1970年SmCo5稀土永磁材料的发现1984年NdFeB稀土永磁材料的发现Sagawa(佐川)1986年高温超导体，Bednortz-muller1988年巨磁电阻GMR的发现,M.N.Baibich1994年CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO31995年隧道磁电阻TMR的发现,T.Miyazaki6.2原子的磁性e角动量与磁矩电μ=−Ll子2m轨ehm(1)道μ=ll+l磁2mq矩=+ll(1)μB磁矩m:电•电子自旋磁矩子e•电子轨道磁矩自μ=−≈gsg(2)s2m旋磁ss角动量磁矩μμ=+2(1)矩sB若原子

4、只有一个未满壳层电子eeehμ=−+=(2)ls−+()jsμ=22mmB2mjls=+j为电子的总角动量6.2原子的磁性多电子原子的角动量l在一个填满的电子壳层中，电子的轨道磁矩和自旋磁矩为零。l在一个未填满的电子壳层中，电子的轨道和自旋磁矩将形成一个原子总磁矩。总自旋角动量：S=∑si总轨道角动量：L=∑liL？？总角动量JS6.2原子的磁性泡利原理与洪德法则泡利原理：同一个量子数n，l，m，s表征的量子状态只能有一个电子占据。库仑相互作用：n,l,m表征的一个轨道上若有两个电子，库仑排斥势使系统能量提高→因而一个空间轨道倾向只有一个电子占据。洪德法则：(1)

5、未满壳层的电子自旋s排列，泡利原理倾向一个轨道只被一个电子占据，而i原子内的自旋-自旋间的相互作用使自旋平行排列，从而总自旋S取最大值。(2)每个电子的轨道矢量l的排列，电子倾向于同样的方向绕核旋转，以避免靠i近而增加库仑排斥能，使总的轨道角动量L取最大值。(如3d电子，m=2时该轨道磁矩在外场方向上的分量最大，轨道磁矩与外磁场平行能量最低，最稳定)。(3)采用L和S间耦合计算原子总角动量电子数n小于半满时J=L-S，电子数n大于半满时J=L+S。(洪德法则一般的描述只有(1)和(2)项)6.2原子的磁性角动量L－S耦合举例SSm⎯↑⎯⎯⎯↑⎯↓⎯3⎯↑⎯⎯⎯↑⎯

6、↓⎯2⎯↑⎯⎯⎯↑⎯⎯1⎯↑⎯⎯⎯↑⎯⎯0⎯↑⎯⎯⎯↑⎯⎯-1————⎯↑⎯⎯-2————⎯↑⎯⎯-3L-SL+SJ=L-SJ=L+Sµ=µL-µsµ=µL+µs6.2原子的磁性原子的有效磁矩及朗德g因子Jeμ=−(2)LS+L2mSJLS=+eμ=−gJJ2mμ⋅JμL=μμSJJJJ(1+++−+)(1SS)(1LL)g=+1μJ2(1)JJ+μ6.2原子的磁性轨道角动量冻结轨道角动量冻结的实验现象轨道角动量冻结的实验现象在晶场中的3d过渡金属的磁性离子的原子磁矩仅等于电子自旋磁矩，而电子的轨道磁矩没有贡献。此现象称为轨道角动量冻结。轨道角动量冻结的物理机制轨

7、道角动量冻结的物理机制过渡金属的3d电子轨道暴露在外面，受晶场的控制。晶场的值为102-104(cm-1)大于自旋-轨道耦合能(λ)102(cm-1).晶场对电子轨道的作用是库仑相互作用，因而对电子自旋不起作用。随着3d电子的轨道能级在晶场作用下劈裂，轨道角动量消失。6.3磁性的分类及基本磁学概念磁介质的基本物理量磁化强度矢量∑mM=＝ε0χHχ：极化率ΔV磁感应强度矢量B=μH+M=μH+μχH000=μμH0注意：SI单位制和Gauss单位制下公式的形式不同；Gauss单位制下，真空磁导μ：相对磁导率（或磁导率）率为1μ：真空磁导率06.3磁性的分类及基本

8、磁学概念顺