固体的光学性质.

二、固体的磁化
1. 磁化强度
在外磁场作用下，介质中的原子磁矩将按一定规则排 列，因此原子磁矩不能完全抵消。 通常把固体中单位体积内的磁偶极矩的矢量和，称为 磁化强度，定义为
dPm M dV
在均匀的固体中，M或者与H平行，或者与H反平行。
2. 磁化率
在外磁场作用下，介质中的原子磁矩不能完全抵消， 从而使整体表现出磁性的现象，称为介质的磁化。 磁化强度是描述固体磁化程度的物理量，它与磁场强 度成正比。即
2. 有序磁性介质
（1）铁磁体 铁磁体的磁化率是数值很大的正数，通常比顺磁体的 磁化率大5~6个数量级。 在铁磁体中，每个原子都有不满的 d 壳层引起的固有 磁矩。 由于相邻原子间的量子力学互作用，使各原子的固有 磁矩趋于排列平行，形成自发磁化，产生铁磁性。 铁磁体的磁化率也依赖外磁场强度。 此外，铁磁体的铁磁性只存在温度低于铁磁居里温度 Tc 的情况下。
-0.0000095 NiSO4
Si He Xe
-0.000004 -0.000005 -0.00025
1. 无序磁性介质
（1）抗磁体 磁化率小于零的物体，称为抗磁体。 抗磁体具有以下特点： （a）由于在外磁场中所产生的磁矩或磁化强度很小， 并与外磁场方向相反。所以，抗磁体的磁化率值很小， 且为负数。 （b）磁化率值与外磁无关。 （c）磁化率值与温度无关。
M H
式中，比例系数χ 称为磁化率。 磁化率是一个无量纲的物理量 ，它直接反映固体材料 被磁化的难易程度，是表示固体磁性的重要物理量 。
3. 磁导率
介质被磁化后，将形成等效的磁化电流，从而产生一 个附加的磁感应强度B1。 这个附加磁场与外磁场叠加，构成了介质中的宏观磁 感应强度
B B0 B1
三、磁介质
根据磁化率的大小及正负，可把固体分成三类：抗磁 体、顺磁体和铁磁体。 下面是一些固体的磁化率。 抗磁体的磁化率 Bi Cu Ge -0.00018 -0.000008 顺磁体的磁化率 FeCl2 Pt 0.0036 0.0012 0.00026 铁磁体的磁化率 Fe Co Ni 1000 240 150
实验表明，附加磁感应强度与磁化强度成正比，即
B1 0 M
因为
B0 0 H
所以，由上述各式可得
B1 0 M 0 H B0
于是得介质中的宏观磁感应强度与外磁场的关系
B (1 ) B0 0 r H
式中
r 1
也是一个无量纲的物理量 ，称为相对磁导率 。
顺磁体本质的特征是，物体中包含有浓度可观的因不 满原子壳层而具有固有磁矩的离子——顺磁离子。
在外磁场作用下，由顺磁离子形成的固有磁矩倾向于 与外磁场相同方向排列，所产生的总磁矩与外磁场方向 一致，从而表现出顺磁性。 金属中的每个自由电子有两个自旋态，具有有其自旋 磁矩。在没有外加磁场情况下，电子在这两个自旋态的 概率相等，总体上表现出没有磁矩。 在外磁场中，自旋磁矩方向与外磁场平行的状态被电 子占据的概率增大，因而总磁矩与外磁场方向一致。 同时，在外磁场中，电子轨道改变所产生的总抗磁磁 矩数值为总顺磁磁矩的三分之一。因此，大多数金属都 是顺磁体。 对于金属Cu，由于其离子实的抗磁磁矩超过其自由电 子气的顺磁磁矩而表现为抗磁性。
抗磁体最本质的特征是，物体中所有原子（或离子） 都没有固有磁矩。
（2）顺磁体 磁化率很小且为正数的物体，称为顺磁体。 顺磁体具有以下特点： （a）尽管在外磁场中所产生的磁矩或磁化强度很小， 但由于与外磁场方向相同。所以，虽然顺磁体的磁化率 值很小，但比抗磁体的数值大。 （b）磁化率值依赖于外磁场强度。 （c）一般地，金属的磁化率值与温度无关，非金属性 顺磁体的磁化率则依赖于温度。
一、物质的磁性
物质的磁性来自构成物质的原子，原子的磁性又主要 来自原子中的电子。 原子中电子的磁性有两个来源： （1）电子本身具有自旋，因而能产生自旋磁性，称为 自旋磁矩； （2）原子中电子绕原子核作轨道运动时也能产生轨 道磁性，称为轨道磁矩。
在原子中，核外电子带有负电荷，是一种带电粒子。 电子的自转会使电子本身具有磁性，成为一个小小的磁 铁，具有N极和S极。 原子中的这些电子，如同很多 小磁铁绕原子核在旋转。 当原子中所有电子磁矩的矢量 和不为零时，将形成原子磁矩。 而当原子中所有电子磁矩可以相 互抵消时，则不存在固有的固体 磁矩。 在介质中，由于原子磁矩之间没有相互作用，它们无 规则排列，所以整体不呈现磁性。
• 第1节 固体磁性的描述
• 物质的磁性 • 固体的抗磁性 • 固体的顺磁性
• 固体的磁化
• 磁介质
• 第2节 无序磁性介质的磁化
• 第3节 铁磁性及其理论
• 铁磁体基本特征• 分子场理论 • 交换作用理论 • 自旋波理论
• 第4节 反铁磁性与亚铁磁性
• 反铁磁性
• 习题
• 亚铁磁性
§3.1 固体磁性的描述
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（2）反铁磁体 在铁磁体中，某些物体内原子间的互作用量子力可以 使相邻离子（或原子）的磁矩方向相反，其磁矩排列方 式如图所示。因此，这类铁磁体整体不呈现磁性。 在外磁场作用下，这类材料表现为 特有的顺磁性，并具有显著的各向异 性。 这种在外磁场下呈现出顺磁性、且 具有显著各向异性的铁磁材料，称为 反铁磁体。 常见的反铁磁体都是过渡金属的化合物，如CRCl2、 MnO、NiO、CoO、FeF2、VCl3、V2O4等。
第9章 固体的磁性
固体的磁性来源于各种荷电粒子的自旋运动及轨道运 动，研究固体磁性可以获得许多有关固体材料的物质结 构及固体中各种微观粒子间相互作用的信息。因此，固 体磁性材料在当前科学技术及国民经济中有着十分重要 的应用。
本章首先对固体磁性的实验现象作一般的论述，然后 分别说明产生这些磁性现象的原因。 最后，对铁磁性及反铁磁性的起源——粒子间互作用 的量子效应作简要介绍。
当温度高于铁磁居里温度Tc，铁磁体Hale Waihona Puke Baidu变为顺磁体， 其磁化率满足居里—外斯定律

0C
T TP
式中，TP 称为顺磁居里温度，其数值略高于铁磁居里温 度Tc 。一些铁磁体的Tc和Tp值如下表所示。 材料 Tc(K) Tp (K) 材料 Tc(K) Tp (K) Fe 1043 1093 Dy 85 154 Co Ni Gd 1388 627 292 1428 650 317 Ho Er 20 20 85 42