《材料的磁性能》PPT课件

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1、材料物理性能学-05材料的磁学性能材料科学与工程学院：马永昌第五章材料的磁学性能5.1磁学简史5.2原子的磁性5.3材料的磁性特征和结构5.4磁晶各向异性与磁致伸缩5.5磁畴结构5.6磁化过程*磁性与磁性材料的发展史指南针司马迁《史记》描述黄帝作战用罗盘宋朝《萍洲可谈》12世纪磁石最早的著作《DeMagnete》W.Gibert18世纪奥斯特电流产生磁场法拉弟效应,安培定律构成电磁学的基础,电动机、发电机等出现1907年P.Weiss的磁畴和分子场假设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

2、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1954-1957年RKKY相互作用的建立1958年Mössbauer效应的发现1960年非晶态物质的理论预言1964年Kondoeffect近藤1965年Mader和Nowick制备了CoP铁磁非晶态合金1970年SmCo5稀土永磁材料的发现

3、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.Miyazaki四类具有巨磁电阻效应的多层膜结构磁学是一门即古老又年轻的学科。磁学基础研究与应用的需求相互促进，在国防和国民经济中起着重要作用。磁学与其它学科交叉：信息、电气、交通、生物、药物、天文、地质、能源、选矿等。MEMS的发展不可避免的会使用各种类型的磁性

4、材料，而且是小尺寸复合型的材料。静磁现象磁矩磁性材料和磁化强度退磁场静磁能磁性最直观的表现是两个磁体之间存在吸引或排斥力。与电学相似，人们将磁描述为磁体两端带有自由磁极，自然磁体之间的力的作用就是自由磁极之间的相互作用。都是什么对磁极有作用呢？也就是磁都受什么作用的影响？磁极和电流考虑磁体在磁场中受力情况：转矩和平移力。L=mlHsinθ,F=mlδH/δx乘积ml称为磁矩。磁偶极子在空间产生的磁场。磁矩我们在物理学中遇到有多个名词带有‘矩’这个字，比如：电矩、力矩等，矩的本义。磁化强度是单位体积内的磁矩总和。B=I

5、+μ0HI=χH退磁场当一个有限大小的样品被外加磁场磁化时，两端出现的自由磁极将产生一个与磁化强度相反的磁场。这是物理学中的一个普遍原理：类比于静电屏蔽现象去理解，类似于电极化现象。静磁能的定义。5.2原子的磁性1、原子的磁矩2、晶场中的原子磁矩3、轨道角动量冻结原子的结构电子的轨道磁矩°●PMLe1.原子的磁矩核外电子壳层：电子轨道磁矩电子自旋磁矩核磁矩和核四极矩MN=6.33x10-33Wbm中子磁矩为-1.913MN的核磁矩(中子衍射、中子散射)众所周知，电子轨道运动是量子化的，因而只有分立的轨道存在，换言之、

6、角动量是量子化的，并由下式给出玻尔磁子(Bohrmagneton)自旋角动量与自旋磁矩与自旋相联系的角动量的大小是ħ/2，因而自旋角动量可写为：自旋磁矩通常和角动量之间的关系由下式给出：这里g因子(g-factor)对自旋运动是2，而对轨道运动是1。不论是自旋磁矩，还是轨道磁矩，都是玻尔磁子MB的整数倍。PMse原子的电子结构核外电子结构用四个量子数表征：n.l.m.s(多电子体系)(1)电子轨道大小由主量子数n决定n=1,2,3,4,………的轨道群又称为K,L,M,N,…….的电子壳层(2)轨道的形状由角动量l决定

7、l=0,1,2,3,……..n-1又称为s,p,d,f,g,……..电子(3)当施加一个磁场在一个原子上时，平行于磁场的角动量也是量子化的。l在磁场方向上的分量由磁量子数m决定m=l,l-1,l-2,……0,…..-(l-1),-l(4)电子自旋量子数由s决定：s=±1/2●KLMZe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表征的一个电子轨道上如果有两个电子，虽然它们的自旋是相反的，但静电的库仑排斥势仍然使系统的能量提高。因而一个轨道倾向只有一个电子占据。泡利不相容原理：洪

8、德法则：(1)未满壳层的电子自旋si排列，要使总自旋S取最大值。(2)每个电子的轨道矢量li的排列，使总的轨道角动量L取最大值。(3)由于L和S间的耦合，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)SSm¾¾¾¾¾¯¾3¾¾¾¾¾¯¾2¾¾¾¾¾¾1¾¾¾¾¾¾0¾¾¾¾¾¾-1————