磁学学习题集

1. 顺磁性、抗磁性、铁磁性、反磁性的物理特征及代表性材料一、两种，它们的磁化率的温度关系。金属导电电子的顺磁性（泡利顺磁性）磁化率F

B E n 232

μχ=的推导、各种抗磁性的来源。 顺磁性：一种弱磁性，呈现正的磁化率，数量级为10-5-10-2，磁性离子之间不存在明显

的相互作用。代表材料：FeCl2,CoCl2。

磁化率与温度的关系：居里定律和居里-外斯定律。

抗磁性：一种弱磁性，呈现负的磁化率，数量级为10-5，磁性离子之间不存在明显的相

互作用，主要分为正常抗磁性和反常抗磁性（Bi ）。代表材料：Ag,Ag,Cu 。

磁化率与温度的关系：正常抗磁性磁化率基本不随温度和磁场变化；反常抗

磁性与温度和磁场有明显的依赖关系，在极低温下出现德哈斯-范阿尔芬效应。 正常抗磁性：电磁感应；反常抗磁性：导电电子受周期性晶格场的作用而引

起的。

铁磁性：一种强磁性，在居里温度以下，存在自发磁化现象和分畴现象，近邻磁矩排列

平行。代表材料：Fe ，Co ，Ni,Fe3O4,Fe2O3。

磁化率与温度的关系：在居里温度以上，满足居里-外斯定律。

反铁磁性：一种强磁性，在居里温度以下，存在自发磁化现象和分畴现象，近邻磁矩排

列反平行。代表材料：MnO ，FeO 。

磁化率与温度的关系：在居里温度以上，满足居里-外斯定律。

金属导电电子的顺磁性推导：《铁磁学上》P57 2. 孤立原子的磁矩的组成。用洪德法则分析单个离子（d 电子和f 电子）的磁矩。原子组成晶体时轨道角动量冻结现象的理解、轨道角动量冻结的本质及其对磁矩的影响。

组成：轨道磁矩与自旋磁矩的耦合。上P24

分析例子：上P25。

轨道冻结：上P73。

3. 铁磁性的基本特征。从唯象理论和交换作用理论的角度理解铁磁性物质的自发磁化和居里温度（包括反铁磁和亚铁磁情况）。居里—外斯定律的推导、

分子场的本质。自旋波的理解与低温下铁磁体的磁化强度与温度的关系。

铁磁性基本特征：一种强磁性，在居里温度以下，存在自发磁化现象和分畴现象，近邻磁矩排列平行。

唯象理论理解：

A.由于“分子场”的存在，铁磁物质在没有外磁场的情况下，就已经磁化到饱和，

从而出现自发磁化。在铁磁物质内部，原子的热运动将扰乱原子磁矩的自发磁化，当温度达到居里温度时，自发磁化消失，此时原子的热运动能量与自发磁化能量相当：k T C = Hm g S u B

B．反铁磁性：物质内部有两套等价磁点阵A和B，近邻原子间相互作用的分子场系数为正，使得A磁点阵磁矩与B磁点阵磁矩大小相等，方向相反，呈现反铁磁自发磁化。当温度达到奈尔温度时，反铁磁性的自发磁化消失，呈现顺磁性。

C.亚铁磁性：物质内部存在两套（或两套以上）次晶格，但是两套次晶格的磁矩收

到分子场的作用，方向相反，大小并不相等，从而在一个晶胞内磁矩并未完全抵消，而呈现亚铁磁自发磁化。当温度达到居里温度时，亚铁磁性的自发磁化消失，呈现顺磁性。

交换作用：

A：铁磁性：在温度低于居里温度的时候，根据海森堡交换模型，在只考虑最近邻磁矩相互作用，当交换常数大于零时，体系的能量最低，此时，磁性体系的原子磁矩沿同一方向排列，从而产生自发磁化现象。

B：反铁磁性：正自旋占据的晶位A和负自旋占据的晶位B及其他A位自旋发生超交换相互作用，当A位自旋结构和B位自旋结构对称，物质内部发生反铁磁自发磁化。

C：亚铁磁性：正自旋占据的晶位A和负自旋占据的晶位B及其他A位自旋发生超交换相互作用，当A位自旋结构和B位自旋结构有不同磁性原子构成的时候，反铁磁的自选排列导致一个自旋未能相互抵消，从而发生亚铁磁自发磁化。

居里—外斯定律的推导：上P50，P125

分子场的本质：电子之间的短程交换作用，是一种库仑静电作用，由电子的不可分辨性引起，与泡利不相容原理有关，属量子范畴。

自选波的理解：是自旋翻转在晶体中传播而产生的一种物理现象。低温下满足T3/2律。

4.磁性起源的局域电子模型和巡游电子模型RKKY理论对稀土金属磁性的解释

过渡金属Fe、Co、Ni磁性的特征，能带理论对此的解释。

局域电子模型：

A海森堡交换模型（直接交换模型）：近邻电子之间的交换作用，用于初步解释铁磁性的自发磁化产生的原因。

B间接交换模型（安德森交换模型）：超交换作用，用于解释反铁磁自发磁化和亚铁磁自发磁化的原因。

C RKKY交换模型：s-d,s-f电子之间的交换作用，用于解释过渡金属的自发磁化原因和

磁矩异常现象，更适合用于稀土金属的情况。上P235。

巡游电子模型：上P322。

Fe、Co、Ni磁性特征：金属原子磁矩大小不是整数，Fe、Co、Ni分别为,,,上P327。

5.磁晶各向异性的表现与物理来源。立方晶系与六角单轴晶系的磁晶各向异性

能表达式的推导（包括高阶项）。应力各项异性与磁致伸缩的来源及相互关系。

磁晶各向异性：磁化曲线随着晶轴方向的不同而有所差异，即磁性随晶轴方向显示各向异性，此即磁晶各向异性。由于自选轨道耦合，使得自发磁化强度的方向可能沿一个或多个晶向排列，从而呈现磁各向异性。中P61

磁致伸缩的来源：线性磁致伸缩来源于原子中电子自旋和轨道的耦合作用，以及轨道之间的耦合作用（轨道耦合和自旋-轨道耦合相叠加的结果）。

应力各向异性：在只有应力的情况下，视磁致伸缩常数的不同，磁化强度必须在与应力平行或垂直的方向上。这种由于应力而造成的各向异性成为应力各向异性。中P40

6.退磁场的产生来源、几种特定形状磁体的退磁场的推导。

退磁场来源：在材料内部磁荷（或分子电流）产生的磁场总是与磁化强度的方向相反，使得磁化减弱，从而产生了退磁场。

7.磁畴的定义。观察磁畴的实验方法。布洛赫壁及奈尔畴壁的特性。畴壁能与

各项异性及交换积分的关系及其推导。

8.起始磁化过程的大致阶段和基本方式，影响铁磁材料初始磁化率的几种因

素。剩磁、矫顽力、最大磁能积的定义影响矫顽力的几种因素，在一致转动机制下，单轴各向异性的磁体矫顽力的推导。几种简单情况的剩磁的推导。