自旋玻璃与超顺磁的区别
磁学测量ZFC和FC数据获得与解释
1957年，χ－T低温极大值（CuMn，AgMn）
J. Owen & M. E. Browne, V. Arp & A. F. Kip, J. Phys. Chem. Solids, 2 (1957) 85
三、Fe原子（团）更分叉
临界浓度、交换相互作用
近藤效应：稀释磁性合金电阻率－温度曲线极小值 1964年，始作俑者不是Jun Kondo（近藤 淳） J. Kondo, Prog. Theor. Phys., 32 (1964) 37 1931年，AuFe（J. W. Shih） Phys. Rev., 38 (1931) 2051 1951年，R－T低温极大值（AgMn）
尖峰对应磁各向异性→0的温度
技术 饱和磁化（永磁材料）！
χ ini ∝
MS K
一、大Fe块会分叉
磁畴结构
1907年，磁畴假说的提出（P. Weiss） 1907年～：磁畴假说的实验验证 1919年，Barkhausen效应的发现（H. Barkhausen） Phys. Z., 20 (1919) 401 1931年，Bitter粉纹法的发明（F. Bitter） Phys. Rev., 38 (1931) 1903 … 1935年，磁畴结构的平均场理论预言（L. Landau & E. Lifshitz ） Phys. Z. Sowjet U., 8 (1935) 153 J. Phys., 6 (1907) 661
测量数据的分析
逻辑问题 9 基本常识必备 9 数据的获得与解释 9 使用ACMS测量
块体物理学中的磁性与自旋玻璃
块体物理学中的磁性与自旋玻璃磁性与自旋玻璃是块体物理学领域中的重要研究课题。
在这个领域中，科学家们通过研究材料中电子自旋的性质，探索了不同物质中的磁性行为以及自旋玻璃现象，并为新材料的设计和应用提供了理论基础和实验依据。
磁性是物质最常见的特性之一。
一般来说，物质中的磁性是由于电子自旋的存在所导致的。
电子自旋具有磁矩，当一个物质中存在多个自旋相互作用的时候，就会出现磁性现象。
磁性行为可以分为顺磁性、反磁性和铁磁性。
在顺磁性中，外加磁场使物质中的自旋沿场方向排列；在反磁性中，外加磁场使物质中的自旋沿相反方向排列；而在铁磁性中，自旋沿着同一方向排列，并且在外磁场下呈现出具有明显磁性的行为。
自旋玻璃是一种特殊的自旋有序状态。
与传统的磁性材料不同，自旋玻璃中的自旋没有明确的有序排列规律，而是形成一种形状复杂且具有无规则性的自旋结构。
这种无规则的自旋结构导致自旋玻璃在外磁场的影响下表现出各种奇特的行为，例如磁可能会出现畸变、熵会迅速增加等。
自旋玻璃不仅在基础物理研究中具有重要意义，还有可能应用于新型计算机和存储设备等领域。
在理解和研究自旋玻璃的行为时，科学家们发现，物质中的晶格结构对于自旋玻璃的形成起到了重要的作用。
例如，当晶格结构具有一定的无序性时，自旋玻璃往往更容易形成。
此外，材料中存在的缺陷、杂质等也可以促使自旋玻璃的形成。
这些因素的综合作用使得自旋玻璃在不同的材料和条件下表现出丰富多样的行为。
过去的研究中，科学家们通过实验和模型推导，对于自旋玻璃的形成机制有了一定的认识。
然而，自旋玻璃的行为依然具有很大的复杂性和挑战性，尤其是在多维材料和低温条件下。
因此，进一步研究自旋玻璃现象的机理和性质仍然是块体物理学中的一个重要课题。
随着实验技术的不断发展和进步，科学家们对自旋玻璃现象的理解也在逐步加深。
例如，最近的研究发现，通过调控材料的晶格结构和化学成分，可以实现自旋玻璃的控制和调控，为实现新型自旋电子器件提供了新方向。
磁性纳米颗粒材料
表面效应导致小颗粒磁性的减小，例如与块体体积相关的氧化纳米颗粒。这种减少与很多机制有关，例如颗粒表面存在的磁性无感层（magnetically dead layer），倾斜自旋（canted spins）的存在或者表面自旋的类自旋玻璃行为（spin-glass-like behavior）[17]的存在。另一方面，对于金属纳米颗粒，例如钴，也有报道显示尺寸的减小会使磁矩增大。
阻隔时间和有效各向异性常数，颗粒尺寸，应用磁场区域和实验测量时间。.例如，如果使用更短的窗口时间，比方有（ ）的铁磁共振，可以得到比通过交变磁场测量得到的值更大的阻隔温度。而且，颗粒直径中二个中的一个因素可以改变转换时间从100年到100纳秒。在第一个例子中，颗粒的磁性是稳定的，而在后来的例子中，颗粒集合没有剩磁，是一种超顺磁体。
式子中V=颗粒体积，θ=磁化方向和简单轴（easy axis）的角度。
能量势垒 把两个能量相同的易磁化方向区分开。当减少颗粒的尺寸，热能 超过了能量势垒 ，磁化方向更容易改变。对于这样一个系统（ ），其行为像一个顺磁体，而不是原子磁矩，有巨磁矩在每个颗粒里（如图1的d）。这种体系被称为超顺磁体。这种体系没有磁滞，这从不同温度下的数据可以看出。
固体物理：第十一章 自旋玻璃
从很高温度到绝对零度，系统磁熵的变化可以测比热得到
S(T ) S(T 0) CM dT cR ln(2S 1) 0T
基于测得的磁比热值通过作图法可求得自旋系统的熵 即：以C(T)/T为纵坐标、以Ｔ为横坐标重新画实验曲线
由曲线下面的面积确定出自旋系统熵的变化 可以发现：远在Tg以上自旋系统的熵已有很大的变化
如 由局域磁矩组成的磁系统如铁磁体：高于居里温度时磁矩取向 无序，无论在空间上还是时间上，对称性很高。在居里温度以 下，磁矩间的交换相互作用超过了热运动，磁矩有序地排列起 来，这时系统的对称性就非常低了。
统计物理中的各态遍历假说
只要时间足够长，系统可以历经所有可能存在的微观态
所谓“系统”是由大量微观粒子组成，系统的微观态就是在 某一微观瞬间各个微观粒子的位置、运动状态的总和，只要 有一个微观粒子改变状态，整个系统的微观态也就发生变化， 系统无时无刻不在变化着它的微观态，是真正的瞬息万变。
始明显起来，它们之间
的相对取向对系统的能
量有影响，导致系统不
同的组态具有不同的自 由能，即“地形图”上 T<Tf
kBT
kBT 出 现 高 低 不 平 的 “ 丘 陵”。
相空间
温度愈低磁矩间相互作
用愈强，“丘陵”变成
“山峰”和“低谷”。
自由能
自由能
当自旋玻璃系统从高温降到Tf以下，它可
kBT 能随机地落入某一个“低谷”，再升温后
比热曲线虽呈现极大值现
Tg
象，但极大值出现在远高
于Tg的温度
温度
表明 自旋玻璃的冻结不同于一般意义的相变 可基于熵的变
化得以理解
自旋玻璃在很高温度时各磁矩完全自由转动，磁系统的总熵 应为cRln(2S+1)。其中c为磁矩浓度，R为气体常数，S为磁 矩的自旋值。
磁性材料的自旋结构
磁性材料的自旋结构磁性材料是一种具有特殊自旋结构的材料。
自旋结构是指材料中电子的自旋方向和排列方式。
磁性材料的自旋结构对其磁性质和应用特性具有重要影响。
一、自旋结构的背景与意义自旋是电子的内禀属性之一，类似于物体的旋转。
自旋有两个状态，即自旋向上和自旋向下。
自旋结构是指材料中电子自旋方向的排列方式，可以是有序排列也可以是无序排列。
自旋结构的特点决定了磁性材料的磁性质和性能。
自旋结构对于磁性材料的应用具有重要意义。
磁性材料的应用范围广泛，包括磁盘存储、磁性传感器、磁存储器等。
不同的自旋结构可以导致不同的磁性质，进而影响磁性材料的应用性能和效率。
因此，研究和理解磁性材料的自旋结构对于开发新型磁性材料和提高其应用性能具有重要意义。
二、自旋结构的分类根据电子自旋方向的排列方式，磁性材料的自旋结构可以分为有序自旋结构和无序自旋结构。
有序自旋结构是指电子自旋方向有规律地排列，可以形成一定的自旋有序区域。
常见的有序自旋结构包括铁磁结构、反铁磁结构和亚铁磁结构。
铁磁结构是指电子自旋方向在整个材料中保持一致，并形成宏观磁矩。
铁磁材料的自旋结构具有磁性，并表现出明显的磁滞回线和剩余磁矩。
反铁磁结构是指电子自旋方向在不同位置上交替排列，相邻自旋方向相反。
反铁磁材料的自旋结构表现出相对较小的磁矩，且无磁滞现象。
亚铁磁结构介于铁磁结构和反铁磁结构之间，即电子自旋方向在部分位置有序排列，而在其他位置无序排列。
亚铁磁材料的自旋结构既具有一定的磁矩，又表现出一定的反铁磁特性。
无序自旋结构是指电子自旋方向没有规律地排列，无法形成明显的自旋有序区域。
无序自旋结构的材料一般不具有磁性。
三、自旋结构与磁性质的关系磁性材料的磁性质与其自旋结构有密切关系。
不同的自旋排列方式导致不同的磁性性质。
有序自旋结构的磁性材料一般具有较强的磁性。
铁磁材料由于电子自旋方向在整个材料中保持一致，因此具有较大的磁矩和明显的磁滞回线。
反铁磁材料由于电子自旋方向交替排列，因此磁矩较小，无磁滞现象。
自旋玻璃简介
自旋玻璃的物理特性
直流磁化率
零场冷却ZFC和带场冷却FC的磁化率有明显的差别： 在冻结温度以上, 两种磁化率随温度的变化曲线是重合的； 但从冻结温度开始，随着温度的降低，ZFC磁化率逐步减 小，而FC磁化率几乎保持不变 即,在冻结温度处ZFC的磁化率和FC的磁化率发生了分叉
超顺磁性
超顺磁性(superparamagnetisim, SPM)：
自旋玻璃有不少奇特的性质与它在微观组态上的特征密 切相关，如磁化过程受样品历史的影响，磁弛豫现象等
自旋玻璃的物理特性
对于自旋玻璃，其磁矩是在某个温度以下开始பைடு நூலகம்结 ——这个温度被称为冻结温度Tf
自
冻结温度以上:遵循居里外斯定律
旋
玻 璃
冻结温度附近:直/交流磁化率变化
行
为
远低于冻结温度:交换偏置现象
自旋玻璃的物理特性
超顺磁特性
自旋玻璃的物理特性
LaSr1-xCoxO3的ZFC/FC曲线
此二样品规律：
低于TC时ZFC出现尖峰，且随Sr含 量减少而降低
但不同于经典SG，分叉/不可逆温度 Tirr＞＞Tf
——氧化物中的自旋玻璃
自旋玻璃的物理特性
❖FC曲线符合Brillouin型 ❖ZFC曲线M值较低，低于TC5~20K左右 峰值TA下单调变化
超顺磁性与自旋玻璃区别
经典SPM与SG差别：
❖ FCM与ZFCM间差别远在TP(峰值温度)以下，而SG的差别在Tg 以下就开始
❖ FCM随温度降低单调增加，而SG的在Tg以下几乎保持不变 ❖ FC与ZFC的磁化率随磁场增大而减小，且TP移向低温处，而
SG的ZFC磁化率在Tg附近仅有轻微的减小
LaBa1-xCoxO3的ZFC/FC曲线
(材料)综合物性测量系统
主流阻
CLTC 流阻
PPMS基系统— PPMS的控温范围
He3制冷
双流阻液氦制冷
0.4 K 1.9 K
350 K 400 K
50 mK
4.2 K 300 K
稀释制冷
VSM 高温炉
1000 K
ห้องสมุดไป่ตู้
PPMS主机的温度检测
400 K
铂电阻温度计 Platinum Thermometer
80 K 1.8 K
1
PPMS-9
北京大学介观物理国家重点 实验室
9
PPMS-9
复旦大学表面物理国家重点 实验室
2
PPMS-9
南京大学固体微结构国家重 点实验室
10 PPMS-9 西南交通大学超导中心
3 PPMS-9 上海大学物理系 4 PPMS-9 华中科技大学物理系
11 PPMS-9 中国科学院物质结构研究所
12
PPMS14
施加外磁场时，由于自旋间反平行耦合作 用，正负自旋转向磁场方向的转矩很小， 因而磁化率比顺磁磁化率小。随着温度升 高，有序的自旋结构逐渐被破坏，磁化率 增加，这与正常顺磁体的情况相反。然而 在某个临界温度以上，自旋有序结构完全 消失，反铁磁体变成通常的顺磁体。因而 磁化率在临界温度(称奈耳温度Neel point) 显示出一个尖锐的极大值。
(5) 亚铁磁性：A和B次晶格由不同的磁性原子占据，而且有 时由不同数目 的原子占据，A和B位中的磁性原子成反平行耦合，反铁磁的自旋排列导致 一个自旋未能完全抵消的自发磁化强度，这样的磁性称为亜铁磁性。
N型曲线有一个补偿点θc。
(6)
在冻结温度Tf 以下，零场时磁性原子的自旋被RKKY交换相互作用无規地冻结，加 场时自旋在磁场方向被冻结。 弱磁场下，磁化率的温度曲线出现一个尖锐峰，但在磁场冷却情况下，磁化率的尖 锐峰不再出现； Tf 随磁性原子浓度增加而升高；随磁性原子浓度继续增加，体系 变为混磁性。
自旋玻璃简介
自旋玻璃之无序
从时间坐标轴上看，每个磁矩冻结在固定的方向而失去转 动的自由度 从空间坐标上看，各个磁矩的冻结方向是无序的
在自旋玻璃体系中,随机性或无序性是必不可少的 在自旋玻璃体系中 随机性或无序性是必不可少的 混合相互作用是产生竞争和保证协作性冻结过程的本质 受挫是无序和混合作用的直接结果
自旋玻璃
自旋玻璃的物理特性
交流磁化率
交流磁化率是样品的磁矩随着外磁场转动所引起的.自旋玻璃体系对小 交流磁化率是样品的磁矩随着外磁场转动所引起的 自旋玻璃体系对小 的外磁场特别敏感,测量过程中 自旋玻璃的交流磁化率表现出一些特殊的 的外磁场特别敏感 测量过程中,自旋玻璃的交流磁化率表现出一些特殊的 测量过程中 性质. 在冻结温度以上热运动大于磁矩之间的相互作用,各磁矩转动自由 各磁矩转动自由. 性质 在冻结温度以上热运动大于磁矩之间的相互作用 各磁矩转动自由 接近冻结温度时,磁矩之间的相互作用大于热运动 磁矩之间的相互作用大于热运动,它使各磁矩转动时需要 接近冻结温度时 磁矩之间的相互作用大于热运动 它使各磁矩转动时需要 克服一个位垒的作用 在自旋玻璃体系中由于磁矩分布无序,所以位垒不是常数而是温度的函 在自旋玻璃体系中由于磁矩分布无序 所以位垒不是常数而是温度的函 它随温度的降低而急剧增大,所以交流磁化率在冻结温度处出现尖峰 数,它随温度的降低而急剧增大 所以交流磁化率在冻结温度处出现尖峰 自 它随温度的降低而急剧增大 所以交流磁化率在冻结温度处出现尖峰.自 旋玻璃的交流磁化率最显著的特征是在冻结温度处出现尖峰 若在测量交流磁化率时，同时加一个直流背景场，即使背景场很小， 若在测量交流磁化率时，同时加一个直流背景场，即使背景场很小，也会 使交流磁化率的尖峰抹平
=1.94*10-12s
超顺磁体性质研究
超顺磁体性质研究导语超顺磁体是指材料中的磁矩在外加磁场下完全被顺磁效应所抵消，从而使其在弱场下表现出非磁性的性质。
这种材料的发现和研究，引起很多科学家们的兴趣，其中包括理论物理学、材料物理学等。
1. 超顺磁体的背景随着现代科技的发展，超顺磁体的研究已成为物理学家们广泛关注的课题之一。
对于材料的磁性质研究，不仅可以发掘新型材料，而且可以为各种材料的使用提供理论基础。
在这种背景下，超顺磁体性质的探究是物理学、材料学领域的一个热点问题。
2. 超顺磁体的性质超顺磁体的性质主要有两个特点：一是外加磁场下磁矩完全被顺磁效应所抵消，二是其在弱场下显示出非磁性的性质。
超顺磁体的这种奇特性质是基于量子力学的自旋磁力学理论的。
当物质中的电子自旋的磁矩相消时，物质的磁性就会消失。
超顺磁体的结构能够抵消外部磁场对材料的磁性的影响，使得材料表现出非磁性的性质。
另外，超顺磁体的结构还受到元素组成、晶体结构、温度等环境因素的影响。
研究人员发现，超顺磁体在不同的环境下表现出不同的性质，这也使得科学家们对超顺磁体的研究更加关注。
3. 超顺磁体的应用在研究中，超顺磁体有着很好的应用前景。
由于超顺磁体的非磁性，它往往被用来制作医用镭射、电子材料等。
例如在医学上，超顺磁体可用于生物医学成像等诊断技术中，能够精确地定位肿瘤或器官的位置。
同时，超顺磁体的性质还能够用于新型电子元件的开发上。
超顺磁体的非磁性能够使电子元件更加稳定，提高电子元件的工作效率和寿命。
4. 超顺磁体的研究方法超顺磁体的研究主要使用物理实验方法和计算机模拟方法两种。
物理实验方法实际上是利用物理实验手段来研究超顺磁体材料的结构、性质和效应等方面的问题。
而计算机模拟方法则是利用计算机来模拟和分析超顺磁体的结构和性质等方面的问题。
通过计算机模拟手段，科学家能够更为深入地了解超顺磁体材料的特性，并探索新型材料的设计和生产。
结语总的来说，超顺磁体是一种具有独特性质的材料，其研究不仅能够带来新型材料的产生，同时也能为磁性材料的使用和应用提供理论支持。
磁学理论中的自旋玻璃现象
磁学理论中的自旋玻璃现象自旋玻璃现象是指在某些磁性材料中，自旋在低温下呈现出随机排列的状态。
这种现象首先由日本学者在1986年发现，并引起了广泛的关注。
自旋玻璃现象的研究对于理解磁性材料的性质以及开发新型的磁性材料具有重要意义。
自旋玻璃现象的出现是由于磁性材料中的自旋之间的相互作用的复杂性。
在一般的磁性材料中，自旋往往会在低温下呈现出有序的排列，形成磁性的长程有序态。
而在自旋玻璃材料中，由于材料的结构或者自旋之间的相互作用的特殊性，自旋无法形成长程有序的排列，而呈现出一种类似于玻璃的无序态。
自旋玻璃现象的研究涉及到多个学科的知识，包括磁学、凝聚态物理以及统计力学等。
通过对自旋玻璃材料的实验研究，科学家们发现了一些有趣的现象。
例如，自旋玻璃材料在低温下呈现出弱磁性，而在一定温度范围内，磁化率会发生奇异的变化，这被称为“自旋冻结”。
此外，自旋玻璃材料还表现出一些非常规的磁性行为，如自旋玻璃转变、自旋涡旋转等。
研究自旋玻璃现象不仅可以增进我们对磁性材料的理解，而且还有助于开发新型的磁性材料。
自旋玻璃现象的存在使得科学家们可以通过调控材料的结构或者自旋之间的相互作用来实现对磁性材料性质的调控。
这对于磁存储、磁传感器等领域的应用具有重要意义。
在自旋玻璃材料的研究中，人们也发现了一些有趣的现象。
例如，自旋玻璃材料在受到外界磁场的作用下，会表现出一种类似于“记忆效应”的行为。
这种现象被称为“自旋玻璃记忆效应”。
这种记忆效应的出现使得自旋玻璃材料在信息存储领域具有潜在的应用价值。
虽然自旋玻璃现象已经被发现多年，但对于其机理的理解仍然存在一定的挑战。
目前，科学家们提出了多种可能的机理来解释自旋玻璃现象的发生，如自旋涡旋转、自旋玻璃转变等。
然而，这些机理仍然需要进一步的实验验证和理论研究。
总之，自旋玻璃现象是磁学理论中一个重要而有趣的现象。
通过研究自旋玻璃现象，我们可以更好地理解磁性材料的性质，并为开发新型的磁性材料提供理论指导。
自旋玻璃
关键词
局域磁矩 自旋玻璃、自旋冻结 自旋玻璃、 无序、阻错 无序、 遍历破缺、 遍历破缺、亚稳态 弛豫现象、 弛豫现象、记忆效应 类自旋玻璃行为
物质的磁性有哪些来源？
组成物质的微观粒子：
原子核－质子， 核磁矩很小） 原子核－质子，中子 （核磁矩很小） 电子－ 自旋磁矩，轨道运动磁矩） 电子－ 定域电子（自旋磁矩，轨道运动磁矩）
30分钟 30分钟
交流磁化率（虚部） 交流磁化率（虚部） 的时效和记忆
在冻结温度以下，温 在冻结温度以下， 度的突然变化， 度的突然变化，会引 χ″的突然增大 的突然增大， 起χ″的突然增大，然 后再弛豫到某一平衡 值。在弛豫过程中： 在弛豫过程中： 负温度循环后可记住 原来的状态 正温度循环后记忆消 失
自旋磁矩） 巡游电子（自旋磁矩）
（定域电子） 定域电子）
电子自旋 磁矩
电子轨道磁矩
核磁矩
巡游电子自旋
物质的磁性
顺 磁 性 自 旋 玻 璃 反 铁 磁 性
其 它
抗 磁 性
铁 磁 性
各种磁有序状态： 各种磁有序状态：
顺磁、抗磁、铁磁、 顺磁、抗磁、铁磁、反 铁磁、螺旋排列、 铁磁、螺旋排列、自旋 玻璃…… 玻璃
各态遍历
遍历破缺
磁化率测量中场冷和零场冷的区别
场冷 零场冷
磁场中降温 时逐渐极化
CuMn合金 合金
遍历破缺 • 驰豫过程 • 记忆效应
平衡系统的各态遍历假说： 平衡系统的各态遍历假说：若系统的微观状态数为
Ω(N,V,E)，在足够长的时间内，系统可以走遍每一个微观态 ，在足够长的时间内，
磁化弛豫实验
基态或低能激发态
自旋玻璃二维模型
晶态金属 非晶态金属
磁性测量中的 zfc fc
Thompson et al. (1991) found that for a “defectfree” high-purity niobium sphere the ZFC and FC susceptibilities are almost identical. A second high-purity sphere of similar composition that exhibited strong pinning was also examined and the same ZFC results were obtained, except that no Meissner flux expulsion following field cooling was observed.
多孔性可以通过给样 品加压来减小
，
寻 找 里 两 种 测 量 过 程 中 的 不 同
2.应用与解释
a 类超顺磁性（SPM）
ZFC:
FC:
H沿着易单轴方向
TB: Blocking Temperature
1、内禀矫顽力在某一温度TB变为0； 2、内禀矫顽力在某一临界尺寸VB变为0；
3、ZFC测量χ－T在某一温度TB出现极 大值； 4、ZFC测量χ－T极大值位置与测量手段 有关；
b 类自旋玻璃（SG）
ZFC：
被无规冻结的 磁性离子磁矩
FC：
Tf: Freezing Temperature
保持被外磁场诱导 方向的磁性离子磁矩
c II类超导体?
λ形
Q：
为什么II类超导体的ZFC FC曲线会有不同？ 什么引起了两种测量过程的不同？
为什么是λ 形？
Ba8Si46
Zero-field-cooled (closed symbols) and field-cooled (open symbols) magnetic susceptibility of YBa2Cu3O7 nonaligned powder (circles) and grainaligned samples with the applied field parallel to the c-axis (triangles) and perpendicular to the c-axis (squares).
顺磁性、超顺磁性及铁磁性对比剂的区别
顺磁性、超顺磁性及铁磁性对比剂的区别01顺磁性对比剂顺磁性对比剂由顺磁性金属元素组成，例如钆、锰、铕，但是这些都是有毒的金属元素，需要“解毒”，也就是把这些金属元素包起来，即形成该金属元素的螯合物，这样我们就可以在人体内使用，他们所含的外层电子是不成对的，因此有较大的磁矩，外加磁场存在时存在磁性，去除外加磁场时，磁性消失，即无磁滞现象，在目前使用最广泛的磁共振对比剂就是顺磁性对比剂，最多见的就是钆离子形成的螯合物，即钆对比剂。
钆离子有七个未成对的电子，未成对电子自旋产生的局部磁场可以缩短临近组织氢质子的驰豫时间，在临床上主要利用的是T1驰豫效应，T2及T2*效应也有应用。
关于钆对比剂之前也有一些和大家之前聊过的东西：为什么磁共振的造影剂是以钆元素为基础？磁共振钆造影剂在实际应用中如何选择？膀胱内尿液在MR盆腔增强后为何会出现分层现象——Parfait效应【影像基础】磁共振对比剂应用02超顺磁性对比剂超顺磁性对比剂是由界于顺磁性和铁磁性之间的磁性微粒组成，这种微粒有磁畴组成，当铁磁性粒子的体积减小到使磁能小于热能时，热运动引起来的磁畴随机起伏，微粒的磁性将类似顺磁性，但是微粒的磁矩是远远要大于顺磁性物质的，因此上称之为超顺磁性微粒。
有外磁场时，体现超顺磁性，外磁场消失后，磁性消失，无磁滞现象。
超顺磁性对比剂的增强机制与顺磁性对比剂是不同的，超顺磁性对比剂的不成对电子的磁矩以及磁敏感性要远大于人体组织，因此造成磁场不均匀，不均匀磁场改变了横向磁化的相位，即加速了失相位，主要形成了T2及T2*效应，即表现为T2WI信号减低为黑色或暗色，对T1效应影响较小。
顺磁性物质的代表为铁氧化物（Fe3O4）微粒, 但是呈现为超顺磁性的微粒临界直径为30nm。
超顺磁性对比剂在实际临床应用中很多老师可能都没有见过，它可以进行灌注成像，利用的就是T2及T2*效应，但是在目前实际应用中，灌注成像使用的还是顺磁性对比剂，使用快速的高浓度注射，目的也是利用了T2及T2*效应。
磁学性质
二、产生磁矩的原因
轨道磁矩 电子围绕原子核的轨道 运动，产生一个非常小 的磁场，形成一个沿旋 转轴方向的磁矩，即轨 道磁矩。 自旋磁矩 每个电子本身有自旋运 动产生一个沿自旋轴方 向的磁矩，即自旋磁矩。 Orbital 轨道磁矩 Spin 自旋磁矩
三、原子磁矩 - 玻尔磁子 原子磁矩 对于多电子原子，原子磁矩的表达式：
2.3.2 顺磁性
有些固体的原子具有本征磁矩； 无外磁场作用时，材料中的原子磁矩无序排列，材料表现不出宏观磁性； 受外磁场作用时，原子磁矩能通过旋转而沿外场方向择优取向，表现出 宏观磁性，这种磁性称为顺磁性。 当体系中磁子相离足够远时，它们之间的耦合作用比去耦合的热能小， 只能通过和磁场作用形成弱的顺磁性。 抗磁体和顺磁体对于磁性材料应用来说都视为无磁性。
变磁性（介磁性) 2.3.6 变磁性（介磁性)
变磁性是铁磁性的一种特殊情况，它是由磁场引起的由反铁磁 性到铁磁性转变的一种状态。但它也作为一种物质性质独立存 在。
2.3.7 自旋玻璃态
它是邻近自旋的局部空间相关引起，并不具有长程有序。和自 旋方向随时间变化的顺磁性不同，自旋玻璃态中自旋保持固定 的取向（但也不是长程有序）。这种性质多表现在纯无机物中
铁磁性的特点 ①在外磁场作用下较易达到磁饱和，此时 磁化强度不再随外磁场的增加而增加，而一般顺磁体（见 磁介质）则很难达到磁饱和。②磁化强度与磁场强度间的 关系不是线性的，即磁化率和磁导率不是常数，而顺磁体 的磁化率和磁导率在一定温度下是常数。③存在一个临界 温度Tc，当温度高于Tc时铁磁性消失，铁磁体转变成顺磁 体，Tc称为居里温度或居里点。在居里温度附近磁导率和 比热容呈现反常增加。④外磁场变化时，磁化强度的变化 滞后于外磁场的变化，此称磁滞效应，磁滞效应表明铁磁 体的磁化过程包含了明显的不可逆过程。当撤去外磁场时， 铁磁体仍保留部分磁性，磁化强度不为零，称为剩磁。而 顺磁体在撤去外磁场时，磁化强度立即变为零。
电子功能材料
什么是电子功能材料？定义1：所谓电子功能材料，是以发挥其物理性能（如电、磁、光、声、热等）或物理与物理性能之间、力学与物理性能之间、化学与物理性能之间相互转换的特性为主而主要用于电子信息工业的材料定义2：根据在器件中所起的作用，可将电子功能材料定义为：凡具有能量与信息的发射、吸收、转换、传输、存储、控制与处理功能特性之一或者是直接参与保障这些功能特性顺利发挥而主要用于电子信息工业的材料。
定义3：具有某种功能效应的材料。
功能效应是指材料的光、电、磁、热、声等物理特性以及这些物理特性参量之间的相互耦合（转换）效应。
有哪些电子功能材料？1.按电子材料的用途分类，通常把电子材料分为结构电子材料[能承受一定压力和重力，并能保持尺寸和大部分力学性质（强度、硬度及韧性等）稳定的一类材料]和功能电子材料[指除强度性能外，还有其特殊功能，如能实现光、电、磁、热、力等不同形式的交互作用和转换的材料；在应用中，主要是其功能而不是机械力学性能]2.按组成分类，从化学作用的角度，可以将电子材料分为无机电子材料[又可分为金属材料（以金属键结合）和非金属材料（硅等元素半导体、金属的氧化物、碳化物、氮化物等，他们以离子键和共价键结合）]和有机（高分子材料）电子材料[主要是由碳、氢、氧、氮、氯、氟等组成的高分子材料，大部分是以共价键和分子键结合]电子功能材料有些什么作用？什么是标量、矢量及二阶张量？它们的下标数、分量数各为多少无方向的物理量，称为标量（也称零阶张量）。
它们完全由给定的某一数值来确定；与方向有关的物理量，称为矢量（也称一阶张量）。
它们不仅有大小，而且有一定的方向；n维空间n*n的矩阵即二阶张量。
下标数0、1、2.量数1、3、9.求和规则是什么？根据求和规则如何表示两个矢量之间的关系，如试证明矢量的变换定律与二阶张量的变换定律当某一项中有重复出现的下标时，则自动按该下标求和，因此，上式可表示为：D i=εij E j(i,j=1,2,3)j——求和下标i——自由下标上式可按j展开，进而可写出Di的三个分量，则D i=εi1E1+εi2E2+εi3E3诺埃曼原则晶体物理性质的对称元素应当包含晶体的宏观对称元素（即点群的对称元素），也就是说，晶体物理性质的对称性可以高于晶体点群的对称性，但不能低于晶体点群的对称性，而至少二者是一致的。
纳米尺寸锰氧化物的磁性质和电荷有序性
Magnetic and charge ordering innanosizedmanganites（纳米尺寸锰氧化物的磁性质和电荷有序性）文章中涉及概念及定义电荷有序：不同带电阳离子在氧化物中特定的晶格位置的有序排列称为电荷有序，电荷有序是在混合价态的过渡金属氧化物中普遍存在的一种现象。
自旋交换作用：电子自旋之间存在交换作用，自旋交换作用不仅可以驱使原子的自旋磁矩平行排列，也可以驱使它们反平行排列。
自旋平行排列的情形称为铁磁性。
自旋反平行排列并且相邻磁矩大小相等的情形为反铁磁性，这种情况下物质内磁矩完全抵消；自旋反平行排列并且相邻磁矩大小不相等的情形为亚铁磁性，这种情况下磁矩未完全抵消。
超交换作用：克拉默斯认为反铁磁性物质中的被非磁性离子隔开的磁性离子以非磁性离子为媒介实现的交换作用。
这是反铁磁性物质自发磁化的机理。
交换偏置场：包含铁磁(FM)/反铁磁(AFM)界面的体系在外磁场中从高于反铁磁奈尔温度冷却到低温后,铁磁层的磁滞回线将沿磁场方向偏离原点,同时伴随着矫顽力的增加，其偏离量被称为交换偏置场（记为HE）。
这一现象被称之为交换偏置,有时称体系存在单向各向异性。
Jahn–Taller-type electron–lattice distortion：当占据能级的电子数小于能级的简并度时，体系会自发从高对称的几何组态畸变为低对称的几何组态，同时轨道简并进一步解除，使其在能量上更稳定，在反铁磁性体块晶体中，由于Jahn–Taller效应，随温度降低，晶格发生畸变。
洪特耦合（双交换作用）：以钙钛矿锰氧化物为例，Mn离子处在O2-八面体中，在双交换机制中，有两种类型的3d电子，一种是能量较低局域在Mn周围的t2g电子，另一种是能量较高在Mn-Mn之间跳跃的e g电子。
e g电子在跃迁过程中，自旋方向保持不变，否则会引起能量的增加。
而根据洪特法则（电子壳层半满，电子填充趋于同向，而电子壳层过半，填充进来的电子只能与之前的电子反向的填充规则），Mn局域的t2g电子与这个巡游的e g电子趋于同向排列以达到局域最稳定状态，这样就使得不同的Mn原子的总磁矩趋于同向，系统呈FM状态。
磁性测量中ZFC和FC数据的获得与解释
三、Fe原子（团）更分叉
混磁性、自旋玻璃（SG）
非线性磁化率的实验 1979年～1980年，（Y. Miyako, et al） J. Phys. Soc. Japan, 46 (1979) 1951 J. Phys. Soc. Japan, 47 (1979) 335 J. Phys. Soc. Japan, 48 (1980) 329 综述： K. Binder & A. P. Young, Rev. Mod. Phys., 58 (1986) 801 Magnetic Susceptibility of Superconductor and Other Spin Systems Eds. R. A. Hein, T. L. Francavilla & D. H. Liebenberd, 1991, New York
尖峰对应磁各向异性→0的温度
技术 饱和磁化（永磁材料）！
χ ini ∝
MS K
一、大Fe块会分叉
磁畴结构
1907年，磁畴假说的提出（P. Weiss） 1907年～：磁畴假说的实验验证 1919年，Barkhausen效应的发现（H. Barkhausen） Phys. Z., 20 (1919) 401 1931年，Bitter粉纹法的发明（F. Bitter） Phys. Rev., 38 (1931) 1903 … 1935年，磁畴结构的平均场理论预言（L. Landau & E. Lifshitz ） Phys. Z. Sowjet U., 8 (1935) 153 J. Phys., 6 (1907) 661
二、小Fe块也分叉
超顺磁性（SPM）颗粒
1936年，Langevin模型（E. C. Stoner） Phil. Trans. Roy. Soc. (London), A235 (1936) 165 1948年，Stoner－Wohlfarth模型（E. C. Stoner & E. P. Wohlfarth） Phil. Trans. Roy. Soc. (London), A240 (1948) 599 1949年，磁矩Brown运动的提出（L. Néel） Ann. Géophys., 82 (1952) 365 1955年，术语超顺磁性的提出（C. P. Bean） J. Appl. Phys., 26 (1955) 1381 1959年，微磁学理论计算（W. F. Brown, Jr.） J. Appl. Phys., 30 (1958) 130S …
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问：自选玻璃(SG)和超顺磁(SPM)的区别
答：物质的磁性来自于电子自旋磁矩、电子轨道磁矩、核磁矩，磁性的，可将其分为顺磁性、抗磁性、自旋玻璃、铁磁性、反铁磁性等。
其中，自旋玻璃(SG)从字面上看是自旋组成的“玻璃”，即一种取向无序的自选系统。
玻璃二字形容自旋方向的无规分布，在某种意义上讲是“无序体系”的代名词。
自旋玻璃状态中的磁矩方向是随机冻结的，其分布呈现出长程无序性，这里的冻结过程与融熔玻璃固化的过程类似，它没有严格的凝固温度。
也可以这样讲，从空间坐标看，其各个磁矩的冻结方向是无序的；从时间坐标看，其每个此举冻结在固定的方向而失去转动的自由度。
一般将自旋冻结温度T f定义为磁化率的尖峰温度，不是热力学意义上的相变温度，其磁矩在这个温度以下开始冻结。
当温度较高时，热运动破坏了相互作用，各杂质磁矩仍然转动自由，基本上呈现顺磁状态。
随着温度降低，相互作用逐渐压过热运动，磁矩转动开始不自由，最后趋于各自的择优方向上，即“冻结”起来。
因每个磁矩与其周围其它磁矩的相互作用有铁磁的，也有反铁磁的，它的冻结方向取决于周围所有磁矩对它作用的“合力”，又因为各个磁矩周围的环境不可能一样，所以它的冻结方向无序。
随着温度的降低，整个磁矩系统的取向状态经历一个较为复杂的过程，最终冻结为自旋玻璃态。
自旋玻璃有两大特点：受挫和无序。
受挫现象是对自旋玻璃态系统中亚稳基态众多的解释，其含义是由于几何结构使得不存在一个确定的磁矩（自旋）状态能满足系统能量最小化的要求。
最简单的例子是一个由三个自旋组成的系统，每两个自旋之间都是反磁相互作用。
当其中两个自旋方向相反（一上一下）的时候，无论第三个自旋处于什么状态（上或者下），都无法满足所有相互作用的要求：两种状态的系统能量相同。
因此，这两种状态出现的可能性是一样大的，这就是受挫。
当这类三自选系统或类似的系统数量众多的时候，会有很多个不同的状态有着几乎同样的能量，这导致了自旋玻璃材料的基态的复杂性。
在自旋玻璃体系中，随机性或无序性是必不可少的，混合相互作用是产生竞争和保证协作性冻结过程的本质，而受挫是无序和混和作用的直接结果。
材料的自旋玻璃行为在不同温度不同：冻结温度以上时处于顺磁态，遵循居里外斯定律；冻结温度附近遵循直交流磁化率变化；远低于冻结温度是出现交换。
偏置现象。
铁磁性物质的颗粒小于临界尺寸时，外场产生的磁取向力不足以抵抗热扰动的干扰，其磁化性质与顺磁体相似，称为超顺磁性(SPM)。
其特点表现为：磁化曲线与铁磁体不同，没有磁滞现象；当去掉外磁场后，剩磁很快消失；不同温度的磁化曲线合而为一，可用顺磁体的磁化公式(朗之万函数或布里渊函数)表示；磁化率一般比顺磁体大很多。
超顺磁性与自旋玻璃的区别有以下几个方面：
1.FCM与ZFCM间差别远在T P(峰值温度)以下，而SG的差别在Tg以下就开始。
2.FCM随温度降低单调增加，而SG的在Tg以下几乎保持不变。
3.FC与ZFC的磁化率随磁场增大而减小，且TP移向低温处，而SG的ZFC 磁化率在Tg附近仅有轻微的减小。