铁磁学第二章磁性分类

原子总自旋角动量
S
Si
i
在磁场方向的分量 M S mSi
i
其数值有2S+1种可能
原子总轨道角动量

பைடு நூலகம்
L Li
i
在磁场方向的分量 M L mli
其数值为：
i
L,(L 1),......0,......(L 1), L
2 2n2
对多电子原子，电子能级不仅与主量子数n有关，而且与角 量子数l有关。
原子中电子分布的规律：
1能量最低原理： 占据能量低的状态。
2泡利不相容原理： 如一个电子已经占据了能量最低态，则 另一个电子只能占据能量次低态。
由哈特里-福克方程计算得到的能级。
s,p,d,f, 0,1,2,3
4.反铁磁性：
（1）来源：固有磁矩间具有负的交换作用。磁矩 间长程的反平行排列。
（2）数值，正负： 0 ~ 102 104
（3）与温度关系：
p 0
C T p
大多数过渡金属或稀土金属的氧化物，硫 化物，氟化物等都属于反铁磁体。
过渡金属 Cr, Mn,γ-Fe以及部分稀土属于反 铁磁体。还有些合金元素。
Physics of Magnetism and Magnetic Materials 作者K. H. J. Buschow 出版 社KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS
Magnetism and Magnetic Materials cambridge
作者 J. M. D. COEY
《铁磁性物理》 近角聪信 兰州大学出版 社
金属物理学第四卷 《超导电性和磁性》翟 宏如 科学出版社
Magnetism in the Solid State 作者 Peter Mohn 出版社 springer
Quantum Magnetism 作者 Richter, Bishop springer
Nd 3 : 4 f 35s25 p6 6s0
3 孤立原子的磁矩
1） 电子的磁矩：
电子自旋磁矩
S

e m
S
(S为自旋动量矩）
自旋磁矩在外磁场方向上的投影为：
SH

e m
ms
ms


1 2
SH


e 2m
Bohr磁子B

e 2m

0.92731023( A m2 )
电子轨道磁矩
L


e 2m
L
(L为轨道动量矩）
在外磁场方向上的投影为：
LH

e 2m ml
ml l,l 1, ,(l 1),l 共2l 1个
2）L-S耦合
原子的总角动量矩J由轨道角动量L和自旋角动量S以矢 量叠加方式合成。
L-S耦合, jj耦合。铁磁性材料中常用的是L-S耦合。
第二章 物质磁性分类和原子磁矩
2.1 物质磁性概论 磁性分类： 按磁化率的正负以及数值大小来区分。 传统意义上分为
五大类： M / H 抗磁性，顺磁性，铁磁性，亚铁磁性，反铁磁性。
此外在一些新材料中还发现有： 混磁性，散反铁磁性，散铁 磁性，亚散铁磁性等。
参考书目：
《铁磁学》 科学出版社
n+0.7L
2.离子中电子的排布
当原子结合成晶体后，外层电子因受周围原子核场及 其他原子的电子的作用，基态能级将有所变化。 形成离子时，外层s电子比较容易脱离原子。 对过渡族原子变成离子，先失去4s电子，再失去3d电 子。 对稀土原子变成离子，先失去6s电子，再失去4f电子。
Fe3 : 1s2 2s2 2 p6 3s2 3 p6 3d 5 4s0
（2）数值、正负： 0
p ~ 103 105
（3）与温度关系：

EuSiO3 居里定律
C T
1/
居里 外斯定律 C
T p
0
p
T
（4）例证：O2, NO, Sc, Ti, V, 铁磁性，亚铁 磁性高于居里点，反铁磁性高于奈尔点。
3.铁磁性：
（1）来源:具有固有磁矩的离子因之间的正的 交换作用，使它们的磁矩长程平行的排列。从 而存在自发磁化。磁畴的形成，磁化，磁滞。
5 亚铁磁性：
（1）来源：具有两个反平行的次点阵。但磁矩不 同，故有净磁矩的存在。
（2）数值正负： 0 ~ 100 106
（3）与温度关系：在Curie温度TC以下，有自发磁化，
自发磁化强度一般随温度上升而减小。T>TC时呈现顺磁性， 但在TC附近与居里-外斯定律偏离较大，在高温时满足居里外斯定律，但p<0
（2）数值，正负： 0 ~ 100 106
（3）与温度关系：当温度上升时，自发磁化强度MS减
小，至居里温度TC时变为零。T>TC时呈现顺磁性，满足
居里-外斯定律。
p 0
C T p
只有很少的几种绝缘化合物有铁磁性： 如：CrBr3, GdCl3, EuO
过渡金属：-Fe,Co,Ni, Gd以及合金。 其磁性属于游行电子铁磁性。
大多数铁氧体材料都是亚铁磁性。 如尖晶石型，石榴石型的。 稀土和过渡金属所组成的合金材料。
区别铁磁性和亚铁磁性的方法是什么？
6.其他磁性：
2.2原子的磁矩
原子磁矩来源于电子轨道磁矩、电子自旋磁矩与 核磁矩（较小，可忽略） 1 原子中电子的排布： 对单电子原子，能量仅与主量子数n有关。
E me2
The Quantum Theory of Magnetism 作者 Norbert0 Majlis 世界图书出版公 司
Simple Models of Magnetism 作者 Ralph Skomski 出版社 牛津出版社
Quantum Theory of Magnetism 作者Wolfgang Nolting 出版社 springer
出版社
1.抗磁性 （1）来源：(a)满壳层电子在外磁场作用下感生出的与外 场相反的磁矩。(b) 自由电子在外场运动造成的。 （2）数值、正负： 0 d ~ 103 106 （3）与温度的关系：基本与温度无关。 （4）例证：NaCl, Cu, Zn，SiO2。
2. 顺磁性
（1）来源：具有固有磁矩的离子，因相距较远，则离 子间没有或只有很小的相互作用。外磁场的作用，在克 服热运动后，在场方向产生微弱的磁化。