磁性物理学 课件一

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（2）高斯单位制中(CGS)：
H （Gs） ， B
B H 4M B H （真空中）
（Oe)
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5 .磁学中的单位制：（国际单位制SI和高斯单位制CGS ）
（1） B 和 H
SI: CGS:
（T） ，H（A m-1) B H （Oe) （Gs） ， B
物质磁性的起源和微观机理；理解强磁性物质 有关的永磁现象，磁结构及其相关理论；了解 磁性在现代技术中的应用，提高物质磁性的途 径。为开发新型磁性材料打下良好的基础。
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需要基础和相关领域知识： 电磁学，原子物理学，量子力学，热力学和统计物理，固体物理
参考书： 磁性物理 宛德福 编
铁磁学（上、中册）戴道声等 编 铁磁性物理 近角聪信 编 Modern magnetic materials Robert C. O’Handley
2. 外斯的分子场理论： 两个假设：分子场假设和磁畴假设
3. 交换作用模型： 4. 局域电子模型和巡游电子模型： 5. 自旋涨落理论：
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当前磁学发展的一些方向： 1、新一代永磁材料研究； 2、新型磁记录材料研究；
3、生物磁性研究；
4、超微结构领域磁性研究 5、磁电子学
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二、学习内容和研究方法
目的：初步掌握磁学的基本知识；理解各类
E F/q
q1 q2 F k r 3 r
静电场
静磁场
H F /m
m1 m2 F k r 3 r
kq / r
k 1 / 4 0
km / r
k 1/ 40
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2 .磁偶极子的磁场计算
H
H
Hr
条件：l<<r
磁性物理学
综述，绪论
王ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ京
2
极 地 光
3
一、磁学与磁性材料的发展史
蚩示是兵蚩於帝指 尤四作士尤涿。南 。方指皆作鹿與車 ，南迷大之蚩起 遂車，霧野尤於 擒以於，，戰黃 也南人鬼 。，取谷 」為玉子 其，云 不必： 惑載「 司鄭
晋 《 古 今 注 》 （《 梁宋 書 沈 約禮 志 撰》 ） ‧
‧
m m 1 2 40 r1 40 r2 m 1 1 ( ) 40 r d cos / 2 r d cos / 2 jm md cos cos 2 2 40 r 40 r
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r1

r r2 +m
-m
d
H
(电场强度 E )
（ 0 真空磁导率）
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二、磁极化强度（J）和磁化强度（ ） M
jm J V

或者
djm J dV
d m M dV
jm (m )
m M V
或者
J 0 M
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三、磁场强度（H）和磁感应强度（ B）
1. 物理意义：两者都是表征磁场中某点强弱 的物理量，但意义不同。
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（3） J 和 M
SI: CGS:
J（T） ，M（A m-1) M （Gs) J（Gs） ，
J: 1 Gs=4 10-4 T M: 1 Gs= 103 Am-1
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四、磁化率（）和磁导率（）
1. 磁化率：单位磁场强度在磁体中产生的磁化强度， 是表征磁体磁化难易的物理量。
M H M /H
2. 磁导率：表征磁体导磁能力及磁化难易的物理量。 B B I
电导率
磁导率
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B 0 ( H M ) 0 ( H H ) 0 (1 ) H
(1 )
0 —真空磁导率
0 —绝对磁导率
4
其之余常缀新坠可水南 理指家指于纩，为浮，方 。南指南针中不之多然家 ，南。腰独若，荡常以 犹、其，茧缕运摇微磁 柏北中无缕悬转。偏石 之者有风，为尤指东磨 指皆磨处以最速爪，针 西有而悬芥善，及不锋 ，之指之子。但碗全， 莫。北，许其坚唇南则 可磁者则蜡法滑上也能 原石。针，取易皆，指
宋 沈 括 《 梦 溪 笔 谈 》
， 0 4 107 H m-1
1 T=104 Gs 1 Oe= 79.57 Am-1
（2）J m 和 m
SI: jm （Wb m) ， m （A m2) CGS: jm （emu) ， m （emu)
1 emu= 4.10-10 Wb.m 1 emu= 10-3 Am2
毕-沙定理：
1 Idl r dH 2 4 r
H
几种特殊状态：
I
H r I
r
3 长直流螺线管
1 真空中无限 长 直流电流
2 载流环形线圈 中心
H I / 2r
H I / 2r
H nI
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H —磁场强度：表征磁场对一磁荷m施加磁场力的能力。
4 . B，H ， M 之间的关系
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主要内容：
教材一、二、三、四、五章，六、七章选讲，其余自学。包 括：
1. 磁学基础知识；
2. 磁性起源； 3. 自发磁化理论； 4. 磁晶各项异性和磁致伸缩； 5. 磁畴结构及其理论。
6. 技术磁化。
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磁学研究方法：
1. 关于理论研究： （1）应用量子力学，根据微观粒子性能，研究各 种状态及其 能量； （2）应用统计物理确定系统的配分函数；再根据 热力学与统计物理的关系，确立在热力学平衡态下的 有关参量。 2. 实践中研究方法： （1）考虑最主要作用，忽略次要作用； （2）不考虑磁体内的微观结构，根据热力学的 一般规律，得到有关的磁性现象的宏观理论。
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
6
1948年 Neel建立亜铁磁理论 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
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三、磁性物理学与技术的关系：
各 种 磁 性 材 料
+
磁场 温度 应力 光 电 ….
各 种 磁 效 应
技 术 应 用
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磁性物理学
第一章：物质磁性概述
学习要点：
1. 深入理解各种磁学量的物理概念及其相互 关系； 2. 掌握物质的磁性分类，以及各类型的磁性 特征； 3. 理解静磁能的概念，掌握计算磁场能量和 退磁场能量的原理，熟练计算简单几何形 状的退磁因子 4. 了解磁性材料的磁化曲线和磁滞回线及其 磁性参量
1964年 Kondo effect 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
1984年 NdFeB稀土永磁材料的发现 Sagawa(佐川) 1986年 高温超导体，Bednortz-muller 1988年 巨磁电阻GMR的发现 1994年 CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO3 1995年 隧道磁电阻TMR的发现,T.Miyazaki
H 1 2 j m cos Hr 3 r 40 r 1 H 1 j m sin H 3 r 40 r
特例： =0， H =0,
Hr jm / 20r 3 H
=/2， H r =0, H jm / 40r 3 H
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3 .电流产生的磁场
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18世纪 奥斯特 电流产生磁场 法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流 ,安培定律 构成电磁学的基础 ,电动机、发电机等开创现代电气工 业 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
3 常见磁导率分类： (1) 初始磁导率； (2) 最大磁导率； (3) 增幅磁导率； (4) 增量磁导率； (5) 可逆磁导率。

—相对磁导率
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课堂小结：
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2007-10-09 法国科学家艾尔伯· 费尔和德国科学家皮特· 克鲁伯格 因发现巨磁电阻效应获2007年诺贝尔物理学奖。
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关于磁学的主要理论： 1. 顺磁性的居里定律（居里-外斯定律）： 定义磁化率 M / H 有
P C / T
或者 P C / T TP
TP -顺磁居里温度
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1-1 基本磁学量
m 一、磁偶极矩（jm ）和磁矩（ ）
N
S
m
d
-m
磁偶极矩
jm md (Wb m)
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B F a
I
F BIa
b
m L Fb abBI SIB
磁矩
m L / B SI
F
磁矩：表征磁偶极子磁性强度和方向的物理量
jm 0 m
F mH
B —磁感应强度：表征磁场对一运动电荷q施加磁场力的能力。
F qV B
（1）国际单位制中(SI)：
B 0 ( H M ) B 0 H（真空中） （T） ，H（A m-1) ， 0 4 107 H m-1 B