铁磁学PPT课件-局域电子磁性

合集下载

第25讲8-4铁磁性分子场理论课件

Eex=-2ASa·Sb
这里A是交换积分。根据能量最小值原理的要求，当交换积分A为正时，相邻原子自旋磁矩要同向平行排列，从而实现磁矩自发平行排列，这就是磁畴中原子磁矩要平行排列的起因
综上所述，原子磁矩不为零，同时交换积分常数A>0是物质具有铁磁性的必要与充分条件。
斯莱持(Slater)总结出交换积分常数A和a-2r的关系。这里a是相邻原子间距, r是未填满电子的电子层轨道半径。
磁晶各向异性能Ek定义为饱和磁化强度矢量在铁磁体中取不同方向而改变的能量。很明显，磁晶各向异性能是磁化强度方向的函数。
图8.13 Fe单晶在不同晶轴方向的磁化曲线
对立方晶体，α1，α2，α3分别是磁化强度与三个晶轴的方向余弦，将它按泰勒级数展开，并用晶体的对称性和三角函数的关系式演算，可得：
当a-2r>1时，A>0，为铁磁性。但a也不能过大。若a太大，3d电子云不重叠，交换作用很弱，为顺磁性。若a过小，就会使得从而使得A<0，导致反铁磁性。
金属的交换积分常数A和a-2r的关系
直接交换作用最大的贡献是揭示了分子场的本质来源于电子间的静电的相互作用，
但是它不能完全解释各种具体的铁磁性物质中的强磁性。在直接交换作用的基础上，根据实验结果，对具体结构的铁磁性物质的电子交换作用有不同的说明。
将物质放入外磁场中时，穿过电子轨道运动回路的磁通会发生变化，为了抵抗该变化，在电子轨道回路要产生一个附加的感应电流。这一附加感应电流的磁矩方向和外磁场方向相反，因此产生负的磁化率x，称为抗磁性
一般抗磁性的磁化率绝对值很小，约104到10-6，并且和磁场，温度无关。超导体也是抗磁性的
2.顺磁性（paramagnetism）

教科版科学三年级下册 4-2 磁铁有磁性--课件

（填
知识拓展
不锈钢的组成成分都主要是铁，但是磁铁只能吸引一些种类的不锈钢，有些种类的不锈钢磁铁是不吸引的。磁铁能吸引录音磁带、录像磁带，因为在它们的胶带中有铁粉类物质。但是电脑用的磁盘，看起来与录像带很像，但不能被磁铁所吸引。
有许多物质也能受强大的磁力的作用，虽然不如铁那样显著。金属当中的镍、钴、锰、铂、金、银、铝都能被磁铁吸引，只是被吸引的力比较小。还有一些所谓反磁性的物质，例如锌、铅、硫、铋，性质尤其特别：它们能被强大的磁铁所排斥。
课堂小结
1、磁铁能吸引铁的性质叫磁性。 2、磁铁隔着一些物体也能吸引铁磁。说明：铁隔着薄的物体能吸铁；隔着太厚的物体就不能吸了。
教科版科学三年级下册
磁铁 4.2 磁铁有磁性
磁铁为什么可以吸引铁
物质大都是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子又是由原子核和电子组成的。在原子内部，电子不停地自转，并绕原子核旋转。电子的这两种运动都会产生磁性。但是在大多数物质中，电子运动的方向各不相同、杂乱无章，磁效应相互抵消。因此，大多数物质在正常情况下，并不呈现磁性。猜一猜哪些是 Nhomakorabea材料做的？
先用观察的方法辨别，再用实验的方法辨别。
钢芯
（主要成分是铁）镀镍
钢芯（主要成分是
不锈钢
铁）镀黄铜（主要成分是铁）
它们都能被磁铁吸引
铜锌合金
铝
它们都不能被磁铁吸引
活动三：圆珠笔中哪些是铁材料做的
这支笔是由几种材料组成的。
把它拆开分别来试。
结论：主要成分为铁的钢圈以及弹簧能被吸引。
液体和气体也有被磁铁吸引或排斥的性质，不过作用十分微弱，必须是非常强大的磁铁，才能显示出对这些物质的作用。例如纯净的氧气就有顺磁性，就是说，磁铁能够吸引它。如果我们在肥皂泡里装满氧气，然后把它放在强大的电磁铁两极中间，这时候肥皂泡就会受那看不见的磁力的牵引，在两极中间伸长开来。放在强大的磁铁两极中间的烛光会改变自己通常的形状，明显地告诉我们它对磁力的敏感性。

电磁学第7章-磁力课件PPT

磁力的性质
01
02
03
磁性相互作用
磁力具有相互作用的性质，即磁体之间会通过磁场相互作用，产生吸引或排斥的力。
磁场方向
磁力的方向与磁场方向有关，遵循左手定则或右手定则。
Байду номын сангаас
磁性材料
某些材料具有明显的磁性，称为磁性材料，如铁、钴、镍等。
磁力在生活中的应用
磁悬浮列车
利用磁力排斥原理，使列车悬浮于轨道之上，减少摩擦力和阻力，提高运行速度。
扬声器和耳机
利用磁力驱动线圈振动，产生声音。
磁性材料的应用
磁性材料在电子、通信、医疗等领域有广泛应用，如磁盘、磁带、磁共振成像等。
02 磁场与电流
磁场的基本概念
磁场
磁感应强度
是描述磁力作用的空间场，具有方向和强度。
描述磁场强度的物理量，单位是特斯拉（T）。
磁力线
磁场中磁力作用的路径，表示磁场的方向和强度。
安培环路定律的证明
总结词
安培环路定律可以通过实验和数学推导进行证明。
详细描述
安培环路定律可以通过实验观察得到，例如通过观察通电导线周围的磁场分布，可以发现磁场线总是沿着电流方向闭合。此外，通过使用微积分和矢量场理论，也可以从数学上推导出安培环路定律。
安培环路定律的应用
总结词
安培环路定律在电磁学、电机工程和物理学中有广泛的应用。
详细描述
安培环路定律是电磁学和电机工程中的基本原理之一，用于分析和计算磁场和电流之间的关系。在发电机和变压器等电气设备的设计和制造中，安培环路定律被用来计算磁场和磁通量，从而优化设备的性能。此外，在物理学中，安培环路定律也被用于研究电磁场和电磁波的传播。

铁磁学1.2PPT课件

C
4. 在居里温度附近出现比热等性质的反常。
T Tp
5. 磁化强度M和磁场H之间不是单值函数，存在磁滞效应。
构成这类物质的原子也有一定的磁矩，但宏观表现却完
全不同于顺磁性，解释铁磁性的成因已成为对人类智力的最
大挑战，虽然经过近100年的努力已经有了比较成功的理论，但仍有很多问题有待后人去解决。
的原子磁矩在外磁场中的取向产生了顺磁性。此外，传导电
子也具有一定的顺磁性。
7
顺磁性物质也很多，常见的顺磁性物质：过渡族元素、稀土元素和锕系元素金属：Mn,Cr,W,La,Nd, Pt,Pa, 含有以上元素的化合物：MnSO4,FeCl3,FeSO4,Gd2O3, 碱金属和碱土金属：Li,Na,K,Ru,Cs,Mg,Ca,Sr,Ba 包含有奇数个电子的原子或分子： HCl,NO,有机化合物中的自由基少数含有偶数个电子的化合物： O2,有机物中的双自由基等
8
3. 铁磁性（Ferromagnetism) ：
这是人类最早发现并利用的强磁性，它的主要特征是：
1. 0 磁化率数值很大。 100 105
2. 磁化率数值是温度和磁场的函数；
3. 存在磁性转变的特征温度——居里温度，温度低于居里温
度时呈铁磁性，高于居里温度时表现为顺磁性，其磁化率
温度关系服从居里-外斯定律。
FeO, MnO, NiO, CoO, Cr2O3, FeCl2, FeF2, MnF2, FeS, MnS
右图是1938 年测到的MnO 磁化率温度曲线，它是被发现的第一个反铁磁物质，转变温度 122K。
14
该表取自Kittel 书2005中文版p236，从中看出反铁磁物质的转变温度一般都很低，只能在低温下才观察到反铁磁性。

《磁现象磁场》电与磁PPT优秀课件

③常见的磁场分布
异名磁极的磁场分布
同名磁极磁场分布
三、地磁场想一想
磁针受力转动是磁场作用的结果，那么指南针在世界各地都能够指南北又是谁的磁场在施加力的作用呢？
地球周围存在的磁场叫做地磁场
地磁N极在地理南极附近地磁S极在地理北极附近地理两极与地磁两极相反，且并不完全重合（存在磁偏角）。
典例突破
磁化后的铁屑就像一个个小磁针，在磁场的作用下，形象地显示出磁场的分布。
用一根带箭头的曲线画出来，形象地描述磁场，这样的曲线叫做磁感线。
条形磁铁的磁感线
蹄形磁铁的磁感线
模型法
磁感线的特点
（1）是假想的线，实际不存在，但可以形象直观地表达磁场。（2）在磁体外部，磁感线由N极到S极；内部则由S极到N极。（3）磁感线上任意一点的方向，与该点的磁场方向相同。（4）磁感线的疏密表示磁场的强弱，越密表示该点磁场越强。（5）在空间每一点只有一个磁场方向，所以磁感线不相交。
第1节磁现象磁场
-.
磁现象，磁场，地心末日
想一想
树敌无数一统秦天下的秦始皇为了防止被刺杀，如何第一时间发现怀揣铁器的刺客？
一、磁现象
演示实验磁铁能吸引哪些物体？用磁铁分别去吸引铁钉、大头针、木块、铝片、硬币、塑料尺、泡沫塑料，然后观察现象。
现象：磁铁能吸引铁钉、大头针、硬币。
演示实验在水平方向上让磁针自由转动，观察每次停下来的指向是否相同？都指向什么方向？
南极(S极):自由转动的磁体，静止时指南的磁极北极(N极):自由转动的磁体, 静止时指北的磁极
演示实验将两个蹄形磁体以下列两种方法靠近，观察有什么现象？
磁体间作用的规律：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

第6节抗磁性顺磁性和铁磁性ppt课件

抗磁性：磁矩为零的原子构成的物体，在磁场中磁化后，物体的宏观磁性与外磁场相反。
顺磁性：具有磁矩的原子构成的物体，在磁场中磁化后，物体的宏观磁性与外磁场相同。
磁化规律： M H
磁化率
抗磁性：<0 顺磁性： >0
磁介质放在磁场中发生磁化，其宏观磁性来源于：
（1）在磁场中，原子中的电子轨道将发生旋进；（2）具有磁矩的原子在磁场中各种取向的平均效果。
（2）具有磁矩的原子在磁场中各种取向的平均效果产生宏观磁性
具有磁矩的原子在磁场中的附加能量：
=－ J B cos J 和外磁场夹角< 90o的原子的能级
低于 J 和外磁场夹角> 90o的原子的能级
当达到热平衡时，原子的分布服从波尔兹曼分布率
Ni eE / KT
低能级原子比高能级原子多
就平均效果来说，平均磁矩与外磁场同方向，表现出顺磁性。
6
铁磁性
铁磁性物质：Fe、Co、Ni，以及某些稀土元素和一些氧化物。铁磁性：在受外磁场磁化时，显示比顺磁性强很多的磁性，而且去了磁场之后，还保留了磁性。
为什么铁磁质有这么大的磁性？因为它存在磁畴。
磁畴是铁磁质中已经存在的许多自发的均匀磁化小区域。
未加外磁场之前，各个磁畴有各不相同的取向，对外的效果相互抵消；加外磁场之后，各磁畴的磁矩方向向外磁场转动，对外就显示较强的宏观磁性。
L
1
2
l
Pl
B
e
4 m
0
H
一个原子中的Z个电子形成的环流： i
Ze L
oZe2 4 m
H
一个原子中的Z个电子轨道旋进引起的磁矩为：
oZe2
6m
H
r2

铁磁学性能材料物理性能ppt课件.ppt

ll3 2100 1 21 22 22 23 23 21 3
3 1 1 112 12 2323 3 1 3 1
磁化强度方向( 1,2,3 ) , 观测方向(1,2,3)
K1 , K2
易磁化方向各向异性能各向异性场HA
立方晶系各向异性
K1 0
K1
1 9
K2
<100>
0
2K 1 IS
0
K1
4 9
K2
<110>
1 42K1/Is
( 110 ):
K1
1 2
K2
/
I
s
4 K1 9K2,K1 0 K1 94K2,K1 0
<111>
1
1
3 K1 27 K2
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的健康皮肤进行自体移植，但对于大面积烧伤病人来讲，健康皮肤很有限，请同学们想一想如何来治疗该病人
2、抗磁介质磁化机制
抗磁性起源于分子附加磁矩的感应磁化
抗磁质分子的固有磁矩为零。但在外磁场作用下，每一分子沿外磁场的反方向感应出附加磁矩，使磁介质被磁化，在磁介质表面产生磁化电流。由于附加磁矩的方向始终与外磁场方向相反，所以抗磁质表面的磁化电流方向与顺磁质磁化电流方向相反，产生的附加磁场方向与外磁场方向相反，所以抗磁质内的总磁感强度为：
➢当距离很大时，J接近于零。 ➢随着距离的减小，相互作用有所增加，J为正值，就呈现铁磁性，如图所示。 ➢当原子间距a与未被填满的电子壳层直径D之比大于3时，交换能为正值；小于3时，交换能为负值，为反铁磁性。
交换能与铁磁性的关系
a/D ＞3时交换能为正值；

铁磁性课件.ppt

31
反铁磁性
• 物质原子间静电交换作用使原子磁矩有序排列，当交换积分A<0时，原子磁矩反平行排列的状态称为反铁磁态，处于反铁磁态的物体称为反铁磁体。
某些反铁磁体的磁性常数
物质
TN(K)
χ(θ)/χ(TN)
MnO
122
2/3
MnS
165
0.82
MnSe
150
MnTe
323
0.68
MnF2
72
FeO
5
• 铁磁性研究的核心问题就是为什么铁磁体的原子磁矩比顺磁体容易整列？
物质内部原子磁矩的排列 a:顺磁性 b:铁磁性 c:反铁磁性 d:亚铁磁性
6
铁磁性的物理本质
7
Weiss假设
• Weiss提出第一个假设：磁体中存在与外场无关的自发磁化强度，在数值上等于技术饱和磁化强度Ms，而且这种自发磁化强度的大小与物体所处环境的温度有关。对于每一种铁磁体都有一个完全确定的温度，在该温度以上，物质就完全失去了其铁磁性。
• 人们把注意力转向静电力。但是，建立在Newton力学和Maxwell电磁力学上的经典电子论也不能揭示铁磁体自发磁化的本质。
• Heisenberg和Frank按照量子理论证明，物质内相邻原子的电子间有一种来源于静电的相互作用力。由于这种交换作用对系统能量的影响，迫使各原子的磁矩平行或反平行排列。
• 磁相互作用力的能量与热运动的能量相比太小了，根据计算，在磁相互作用力下，物体只需加热到 1K就可以破坏原子磁矩的自发平行取向，因而物体的居里温度应在1K左右。
13
• 实际铁磁体的居里温度在数百K甚至上千K。
• 引起铁磁体内原子磁矩排列整齐，并使有序状态保持到如此高的温度的力量显然比磁相互作用力要大千百倍。

铁磁学PPT课件-铁磁体中的能量

3 2
100
(
i2i2
1) 3
3111
' ii j j
When M s // l //[100], When M s // l //[111],
(l
l
)[100][100]
100
(l
l
)[111][111]
111
When 100 111 :
l 3 (cos2 1)
l2
3
对多晶体(忽略织构)
2
( )退磁态
0
d 0
3 (cos2 1) sin
2
3
2
d sind
0
0
dd 0
对(b)
( )退磁
(a) (c)
( )饱和
( )退磁
对(c)
饱和
(b) (c)
( )饱和
( )退磁
0
对(a) 对(c) 对(d)
H 0时 / 3 (cos2 1)
2
3
/ 3 (cos2 1)
/ 0
2
3
3 2
(cos2
1) 3
3 2
(cos2
1) 3
3 2
(cos2
1) 3
3 2
(cos2
cos2
)
单轴晶体中磁化过程示意图
(2) 磁致伸缩的机理
W (r, ) g(r) p(r)(cos2 1) q(r)(cos4 6 cos2 3 )
磁性材料的能量主要有：
1．交换作用能Eex
主要指磁化矢量互不平行的状态相对于磁化矢量互相平行的状态时交换能的增加。
2．磁晶各向异性能Ean 3．磁弹性能E 4．静磁能EM

电子科技大学铁磁学课件[优质PPT]

Mn金属：反铁磁性稀土元素：螺旋结构、正弦波动变化、锥形螺旋性等。
二、铁磁物质中的基本现象
除了存在居里温度外，铁磁性物质还具有如下引人注目的现象
（1）磁晶各向异性
磁化曲线随晶轴方向不同而有所差别，即磁性随晶轴
方向而异，这种现象存在于铁磁性晶体中，称之为磁晶各
向异性。 [100]
M
M
[0001]
（ Hd ＝－ NM)。其作用在于削弱外磁场，故称为退磁场。因此，材料内部的总磁场强度为 HHeHd
铁磁物质在居里温度附近被强磁场磁化时，交换作用能变化较大，故温度上升较明显。
T与M2成比例，或者说T与H成比例，H表示物体在磁化前后的外加磁场差值。由T～M2可以看出，在Tc 附近，H较小时不满足线性关系。对于T= Tc M0=0 时，T～Mn。实验结果表明：Fe，Co，Ni的n值分别为
2.32，2.58，2.82
M
[111]
[110] [111]
[10 1 0 ]
[110] [100]
H
单晶Fe M～H曲线
H
单晶Co M～H曲线
H
单晶Ni M～H曲线
一般常用各向异性常数K1、K2（立方晶体），Ku1、Ku2 （六角晶系或单轴情况）来表示晶体中各向异性的强弱。它对铁磁体的µi 、Hc等结构灵敏量影响很大，并且随温度的变化关系比较复杂。一般都是随温度上升而急剧变小。
磁致伸缩对材料的µi以及Hc等有很重要的影响。此外，其效应本身在实际应用中也有重要作用：
超声波发生器和接受器
传感器（力、速度、加速度等）
延迟线滤波器稳频器磁声存贮器等要求：λs大、灵敏度 ( B ) 高、磁-弹偶合系数 Kc 大
H

电子科技大学铁磁学

章节副标题
电子科技大学铁磁学课件概述
章节副标题
课件背景
电子科技大学开设铁磁学的目的和意义
国内外铁磁学研究的现状和展望
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
铁磁学在电子科技领域的应用和发展趋势
电子科技大学铁磁学课件的设计理念和特点
课件目的和意义
提高学生对铁磁学的理解和掌握培养学生分析和解决实际问题的能力促进学生对相关领域前沿研究的了解增强学生的科学素养和创新能力
实践应用：将所学知识应用到实际项目中
教学方法
实验教学：通过实验验证铁磁学的理论实际应用中的铁磁学问题，提高解决实
际问题的能力
互动讨论：鼓励学生提问和讨论，促进交流和思考
学习资源推荐
电子科技大学铁磁学课件：提供全面的铁磁学知识体系，适合本科生和研究生使用。
电子科技大学铁磁学课件特点
章节副标题
内容全面系统
涵盖了电子科技大学铁磁学的所有知识点
内容组织严密，逻辑清晰
深入浅出，易于理解和学习
结合实际案例，帮助学生更好地掌握和应用铁磁学知识
理论实践相结合
电子科技大学铁磁学课件注重理论与实践相结合，使学生能够更好地理解铁磁学的原理和应用。
通过实验和案例分析，电子科技大学铁磁学课件帮助学生深入了解铁磁学的实际应用和效果。
学院
感谢观看
铁磁学实验教程：推荐使用《铁磁学实验教程》，由科学出版社出版，包含丰富的实验内容和实验技巧。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
铁磁学教材：推荐使用《铁磁学》教材，由电子科技大学出版社出版，内容全面、系统。
在线学习资源：推荐使用中国大学MOOC、网易云课堂等在线学习平台，获取更多关于铁磁学的课程和学习资源。

铁磁学PPT课件-能带磁性

p
3n0
2 B
2kTF 0
m* m
在有限温度下
p
3n0 B2
2kTF 0
[1 2
12
( T )2 ] m* TF 0 m
2 传导电子抗磁性
自由电子在空间运动，受磁场作用改变运动方向，绕磁
场方向进动，产生与磁场方向相反的磁矩。
在磁场中传导电子的哈密顿量为：
H
解此方程，得能量本征值为
1 2m
(
p
N (E)dE 1
可求得
EF
2
EF 0[1 12
EF
0
[1
2
12
( kT EF 0 T ( TF 0
)2 ] )2 ]
EF 0 k TF 0
Fermi能随温度升高而下降，但由于TF0 ~ (104 105 )K, Fermi能的实际变化很小
4.2 自由电子的顺磁性和抗磁性
1 自由电子顺磁性（泡利顺磁性）
2
Vm
23
2mE dE N (E)VdE
其中N ( E)
1
2
2
(
2m 2
)3
/
2
E
是能量为E时单位体积的状态密度。与E 的关系是一个抛物线。
电子在能带中分布与温度的变化关系遵从Fermi-Dirac统计，即
在温度T，处于能量为E的状态的几率为
1 f (E) e(EEF )/kT 1
T 0K时， E EF 0
金属中的某些电子不再是束缚于个别原子，而是在整个固体中运动，称为巡游电子。这些电子不再具有明显分立的能级，而是形成能量连续分布的能带。
一般金属：如碱金属除去价电子（S电子）外，正离子实是由满壳层组成的，故情况简单。（顺磁性）

铁磁学PPT课件-铁磁体的磁畴结构

(
,
)d
2 z2 z1
K1 fan ( ,)dz 2 0 sin 01
f
1/ an
2
(
,)d
其中 0 A / K1
是畴壁厚度的单位
0 AK1 K1 0 是畴壁能的基本单位
例1、单轴各向异性的180º畴壁
Fan K1 sin2
fan sin 2
Z
Z 0
dz
2
2
2
1
0 fan 2 ( ,)d 0
2
0
sin2 d 0
畴壁厚度
(2
1 )
dz d
4
0
其他情况
7.3 大块晶体的磁畴结构
磁畴结构的计算通常步骤（1）根据实验观察或理论推理，提出磁畴结构的模型；
（2）根据模型计算它们的能量，以能量最低的一种磁畴结构作为实际存在的结构。
7.6 薄膜中的磁畴
1、薄膜中的畴壁
(a) 在薄膜中,Bloch壁的Ms绕着畴壁法线方向旋转,壁上无
磁荷, M S 0 . 但在畴壁与薄膜表面交界处 M s n 0 , 有磁荷出现. 畴壁能随薄膜厚度降低而升高.
单位畴壁面积上的退磁能
DB
0
M
2 S
4
2 D
(b) 薄膜中Neel壁的Ms绕薄膜法线方向旋转. 薄膜表面无磁荷,但畴壁上出现磁荷. 畴壁能随薄膜厚度降低而降低.
2 磁光效应
Faraday效应 Kerr效应
优点（1）可在各种温度下进行磁畴观察；（2）观察到的是磁畴而不是畴壁
（3）可用于观察磁畴动态过程
3 其他实验方法
(1)．铁磁探针测量散磁场的方法，例如坡莫合金探针和霍尔效应探针等；

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

Pl
e2 4m
2
0H
2 是电子轨道半径在与 H垂直方向上投影的均方值
设单位体积含N个原子，每原子有Z个电子
M d
N
z
(l )H
i 1
N( e2 ) z 4m i1
2
0H
d
N0
(
e2 4m
)
i
2
对满壳层 d
N
0e2
6m
ri2
i
(
2
2 3
ri2
)
量子力学中的计算
H 1
场为：
H mA ABM B AAM A
同理
H mB BAM A BBM B
设A、B次晶格中磁性离子相同，则
JA JB J gA gB g
nA
nB
Байду номын сангаас
N 2
AA
BB
AB
BA
有效场H A H M B M A H B H M A M B
每个次晶格磁化强度
M A M A0 BJ ( A ) A g J JB 0 H A / kT
M
M
0
(1
1
)
M0
系统趋向于饱和
空间量子化修正
实际上，磁矩在磁场方向投影并
非连续分布，只能取
mJ J ,(J 1),, J 1, J共2J 1个取向
在磁场中势能 V 0m J g J B H
态和Z
J
emJ gJ B0H
kT
sh( J
1 2
)
X
mJ J
sh X
X gJ B0H kT
2
M NkT LnZ
2 反铁磁性结构的实验证实
3 反铁磁性分子场理论
T<TN时，反铁磁体中离子磁矩按一定的次序反平行排列。
可将磁矩分为两个或两个以上互相贯穿的次点阵。在一个次点阵中，离子磁矩受到近邻、次近邻的交换作用可等效为分子场。
Hi Hij ij M j
以两个次点阵为例：
每个A位的最近邻是B，次近邻为A。作用在A位离子上的分子
J 1
3J
Ng
2 J
J
(
J
1)
0
2 B
N
0
2 e ff
C
3k T
3k T
T
eff gJ J (J 1)B Peff B
有效磁矩
Peff g J
J ( J 1)
3k C
N
0
2 B
有效玻尔磁子数
实际晶体中磁性离子的顺磁性
• 实际情况中，必须考虑周围配位离子所产生的晶场的作用。
• 1 稀土离子：受弱晶场作用，自旋轨道耦合仍然存在。高温时，遵从居里-外斯定律。理论值和实验值基本符合。低温时，有偏差。 2 铁族元素：中等晶场，轨道矩淬灭。有效玻尔磁子实验值和值相仿。但因有自旋轨道耦合能作为微扰，又稍有2区S(别S 1。)
第三章：局域电子磁性
何为局域？磁性离子受到较大的核电场作用，束缚于某一特定的原子核周围。（常见于绝缘体化合物中）何为游行？磁性离子游行于各个原子之间。（常见于金属和合金中）
3.1 局域电子抗磁性
电子轨道运动受磁场作用，产生一附加电流以抵消磁通量的变化，于是就产生了抗磁性磁矩。（磁矩小，难观察到）
yi
yi
xi
)0
En E0
2 0
H
2
n0
2 n0
En E0
E E E0 E(1) E(2)
M
E
(0H )
若考虑系统有N个原子，则
M
H
Ne 2 0
4m
2 N 0
n
0
0
i
n0
En
( xi2
2
E0
yi2 ) 0
d pp
d
Ne 2 0
4m
0
i
(xi2 yi2 ) 0
J 1 3J
TN
C 2
(
)
//
1
对于多晶体
// cos2
sin 2
1 3
//
2 3
T
TN , //
1
,
1
T
0K , //
0,
1
,
2
3
反铁磁材料的变磁性行为
M ( emu / g )
8
x=1
x=2
6
x=3
4
2
0 150 180 210 240 270 300 330 T(K)
反铁磁材料的变磁性行为
(0H )
Ng J
J
B
[
2 J 1 2J
cth(
2 J 1 2J
)
1 2J
cth
2J
]
gJ JB0H
kT
M M 0 BJ ( )
BJ ( )
2J 1 cth( 2J 1 )
2J
2J
1 2J
cth
2J
Brillouin函数
在实验室普通条件 1
M
Ng
2 J
J
(
J
1)
0
2 B
H
3k T
BJ ( ) ~
Tc
/T
MS M0
BJ ( ) 1 2e2TC /T
实验上，M S 1 AT 3/ 2
M0
外斯分子场理论不能解决低温下问题
当T<TC时，外场H0时，M>MS(内禀磁化) 内禀磁化：磁矩在磁场的作用下克服热运动的影响，使微观磁矩进一步平行排列的过程。
技术磁化：大块铁磁材料在磁场作用下，通过磁畴转动，畴壁位移等途径使磁畴平行于外磁场排列的过程。
郎之万抗磁理论
设轨道动量矩为
Pl
l
e 2m
Pl
磁场中动量矩的运动方程为：
dPl dt
0 l
H
0e
2m
H
Pl
Pl
0e H
2m
当0H为10T时，约为1012。而电子轨道运动本身的角
速度约为1016。
磁场引起附加进动，产生附加角动量
Pl m 2
相应磁矩(l )H
e 2m
• 比热反常出现极大值 • 晶格常数变化体积磁致伸缩 • 磁卡效应熵值变化
3.5 反铁磁性与亚铁磁性
1 基本特征 1）反铁磁性存在相变温度TN。T>TN，顺磁态，服从居里外斯定律；T<TN，反铁磁态，随温度上升而增加；T=TN，出现比热反常、热膨胀反常等现象。此时最大。磁性离子间存在负的交换作用，磁矩自发反平行排列，自发磁化强度为零。只有在外磁场作用下才会出现微小的磁矩，故很小。一些反铁磁性物质：Mn、Cr金属；一些合金；Fe、 Co、Ni、Mn等的氧化物、氟化物等。
实际上分子场来源于电子之间的交换作用。
仿照对顺磁性的处理，作用在磁矩上的有效场：
H e H M M M 0 BJ ( ) 其中M 0 Ng J JB
g J JB 0 (H M ) / kT
M M0
Nk T
0
M
2 0
H
M 0
当H 0时，M NkT
M0
0
M
2 0
图解法：
T 0K时， MsM0.
2m
i
( pi
e0 A)2
i
Vi
i
e m
Si
0H
对于满壳层： Si 0
H
i
1 2m
pi2
i
i
设H Hk
Vi
e0
m i 则可取A
pi
A
H
i yi
e2
2m H
2 0
xj
A2
H 1 20emHi
2mi
2
pi2 Vi
i
i
( xi
yi
yi
) xi
e2 2m
02 H 2
随温度上升，减小，自发磁化强度MS减小，当达到某一临界温度TC时， MS =0，铁磁性消失。
M s J 1
M0
3J
J 1 3J
Nk Tc
0
M
2 0
Tc
Ng
2 J
J
(
J
1)0
2 B
3k
T 0K时，
BJ
( )
1
1 J
e / J
取M S M 0, J S 1/ 2
3J M S / M 0 J 1 T / Tc
顺磁性材料的特点是什么？ 1 无自发磁化，外场为零的时候，由于热运动，磁矩的取向是无规则的。在外场作用下，磁矩有沿外场排列的趋势，弱磁性。 2 磁化率和温度满足居里定律或居里-外斯定律。
顺磁磁化率理论
1 郎之万（Langevin)理论率先在经典统计物理的基础上，给出了顺磁性理论。理论要点：（1）设单位体积中有N个原子，每个原子具有磁矩()，磁矩间无相互作用。（2）无外场时，各原子磁矩受热运动的影响，在平衡态时，磁矩无规分布，体系总磁矩为0。
结论：
Ne20
6m
i
ri2
对于球对称分布的电子
1) 抗磁性为一切物质所具有，是物质的共性。
2) 抗磁磁化率为负。
3) 若<ri2>不受热运动影响，则d与温度无关。 4各) 原d随子原的子轨中道电半子径数平或方原。子序数增加而增加，且正比于
3.2局域电子顺磁性
具备顺磁性的前提条件是什么？材料具有固有磁矩。磁矩间没有或只有弱的相互作用。
MH H
2M A sin 2M A sin
1
H与自发磁化方向平行时