《固体的磁性》PPT课件

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1、固体的磁性MagnesiumofSolid6.1引言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主要内容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产生电流安培定律电磁学基础电动机、发电机等开创现

2、代电气工业19世纪前磁性材料及磁性的研究历史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Nowick制备了CoP铁

3、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.Miyazaki20世纪后6.2原子的磁性m磁矩m:电子自旋磁矩电子轨道磁矩q角动量磁矩若原子只有一个未满壳层电子j为电子的总角动量电子轨道磁矩电子自旋磁矩角动量与磁矩6.2原子的磁性总自旋角动量：S=∑si总轨道角动量：L=∑li在一个填

4、满的电子壳层中，电子的轨道磁矩和自旋磁矩为零。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。多电子原子的角动量LS？总角动量J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)未满壳层的电子自旋si排列，泡利原理倾向一个轨道只被一个电子占据，而原子内的自旋-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li的排列，电子倾向于同样的方向绕核

5、旋转，以避免靠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原子的磁性泡利原理与洪德法则6.2原子的磁性SSm¾¾¾¾¾¯¾3¾¾¾¾¾¯¾2¾¾¾¾¾¾1¾¾¾¾¾¾0¾¾¾¾¾¾-1————¾¾¾-2————¾¾¾-3L-SL+Sµ=µL-µsµ=µL+µsJ=L-SJ=L+S角动量L－S耦合举例6

6、.2原子的磁性原子的有效磁矩及朗德g因子SLJLSJ6.2原子的磁性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。轨道角动量冻结轨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(l)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

7、化强度矢量磁感应强度矢量：相对磁导率（或磁导率）0：真空磁导率注意：SI单位制和Gauss单位制下公式的形式不同；Gauss单位制下，真空磁导率为1：极化率6.3磁性的分类及基本磁学概念顺磁性及抗磁性顺磁性抗磁性－超导体是完全抗磁体6.3磁性的分类及基本磁学概念磁体（材料）的分类顺磁体铁磁体反铁磁体亚铁磁体6.4交换相互作用当组成氢分子后，体系要增加核之间的相互作用项e2/R，电子相互作用e2/r,以及电子和另一个核之间的交叉作用项(-e2/ra2)和(-e2/rb1).氢分子体系的哈密顿量可写成下到形式：其中:前四项是两个弧立氢原子的

8、电子动能和势能，后四项是相互作用能。氢分子回顾这一体系的波函数无法直接得到，仍用单电子波函数的线性组合由这个线性组合，可得到对称(S)和反对称(A)的波函数Sab表