物质的磁性(I)——抗磁性、顺磁性和铁磁性
顺磁性抗磁性铁磁性
原子物理学顺磁性，抗磁性，铁磁性指导教师：XXX专业：XXXX学号：XXXXXXXXXX姓名：XXXXXXX大学XXXX年X月X日顺磁性，抗磁性，铁磁性摘要：一些物质放在磁场中经过磁化后，它的宏观磁矩方向同磁场方向相反，此类物质称为抗磁性的；另一些物质放在磁场中经过磁化后，它的宏观磁矩方向同磁场方向相同，此类物质称为顺磁性的；而某些物质，如铁、钴、镍以及一些稀土元素和许多氧化物，在受到外磁场磁化后，显出比顺磁性强的很多的磁性，在失去磁场后，还保留磁性，这种现象称为铁磁性。
关键词：顺磁性，抗磁性，铁磁性一、顺磁性简介：顺磁性物质的磁化率为正值，比反磁性大1～3个数量级，X约10^-5～10^-3，遵守Curie定律或Curie-Weiss定律。
物质中具有不成对电子的离子、原子或分子时，存在电子的自旋角动量和轨道角动量，也就存在自旋磁矩和轨道磁矩。
在外磁场作用下，原来取向杂乱的磁矩将定向，从而表现出顺磁性。
定义：顺磁性是一种弱磁性。
当分子轨道或原子轨道上有落单的原子或电子时，就会产生顺磁性。
顺磁(性)物质的主要特点是原子或分子中含有没有完全抵消的电子磁矩，因而具有原子或分子磁矩。
但是原子(或分子)磁矩之间并无强的相互作用(一般为交换作用)，因此原子磁矩在热骚动的影响下处于无规(混乱)排列状态，原子磁矩互相抵消而无合磁矩。
但是当受到外加磁场作用时，这些原来在热骚动下混乱排列的原子磁矩便同时受到磁场作用使其趋向磁场排列和热骚动作用使其趋向混乱排列，因此总的效果是在外加磁场方向有一定的磁矩分量。
这样便使磁化率(磁化强度与磁场强度之比)成为正值，但数值也是很小,一般顺磁物质的磁化率约为十万分之一(10^-5)，并且随温度的降低而增大。
原理：顺磁性物质可以被看作是由许多微小的磁棒组成的，这些磁棒可以旋转，但是无法移动。
这样的物质受到外部磁场的影响后其磁棒主要顺磁力线方向排列，但是这些磁棒互相之间不影响。
热振动不断地使得磁棒的方向重新排列，因此磁棒指向不排列比排列的可能性高。
磁性材料有哪些分类
磁性材料有哪些分类磁性材料具有磁有序的强磁性物质,广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。
磁性是物质的一种基本属性。
物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。
铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。
磁性材料按性质分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、银基合金和稀土合金等,后者主要是铁氧体材料。
按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。
功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。
永磁材料,经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。
对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高，矫顽力BHC(即抗退磁能力)强，磁能积(BH)即给空间提供的磁场能量)大。
相对于软磁材料而言，它亦称为硬磁材料。
永磁材料有合金、铁氧析口金属间化合物三类。
①合金类：包括铸造、烧结和可加工合金。
铸造合金的主要品种有:A1Ni(Co)、FeCr(Co)x FeCrMo x FeAIC x FeCo(V)(W);烧结合金有：Re-Co(Re代表稀土元素)、Re-Fe以及AINi(Co),FeCrCo等；可加工合金有：FeCrCo s PtCo s MnAIC.CuNiFe和AIMnAg等，后两种中BHC较低者亦称半永磁材料。
②铁氧体类：主要成分为MO6Fe2O3,M代表Ba、SnPb或SrCa、1aCa等复合组分。
③金属间化合物类：主要以MnBi为代表。
永磁材料有多种用途。
①基于电磁力作用原理的应用主要有：扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。
②基于磁电作用原理的应用主要有：磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。
③基于磁力作用原理的应用主要有：磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。
物质的磁性与磁场
物质的磁性与磁场物质的磁性一直是人类探索的热点之一。
从古至今，人们通过观察和实验不断深入研究物质的磁性与磁场之间的关系。
本文将从物质的磁性、磁场的产生以及物质在磁场中的行为三个方面，探讨物质的磁性与磁场的相关性。
1. 物质的磁性磁性是物质固有的属性，表现为物质对磁场的响应。
根据物质对磁场的不同响应，可以将物质分为磁性物质和非磁性物质两类。
1.1 磁性物质磁性物质是指具有明显磁性的物质，如铁、镍、钴等。
这些物质在磁场中可以被吸引或排斥，形成磁性的现象。
磁性物质的磁性主要来源于其原子或分子内部的微观磁矩。
1.2 非磁性物质非磁性物质是指对磁场无明显响应的物质，如木材、玻璃、塑料等。
这些物质的磁矩方向混乱，无法在外磁场的作用下形成明显的磁性行为。
2. 磁场的产生磁场是指物质周围存在的一种力场，它可以在空间中产生力的作用。
磁场可以通过电流、磁体等方式产生。
2.1 电流产生的磁场根据安培环路定理，电流通过导线会产生磁场。
当电流通过导线时，围绕导线会形成一个闭合的磁场，磁力线呈环形状。
磁场的强弱与电流的大小成正比。
2.2 磁体产生的磁场磁体是指具有一定磁性的物质，如永磁体、电磁体等。
当磁体被激发时，会产生磁场。
永磁体是由具有寿命较长的磁性物质组成，通过磁化可以形成固定方向的磁场。
电磁体则是通过电流的作用使磁性物质产生磁场。
3. 物质在磁场中的行为物质在磁场中会表现出不同的行为，主要包括磁化、磁导率和磁化曲线等。
3.1 磁化磁化是指物质在磁场中被磁化的过程。
当物质受到外部磁场的作用时，其中的磁矩会被重新排列，使物质整体具有磁性。
磁化可以分为临时磁化和永久磁化两种。
临时磁化是指物质在磁场作用下暂时具有磁性，一旦外部磁场消失，物质的磁性也会消失。
永久磁化则是指物质在磁场作用下形成的长久磁性，即使外部磁场消失，物质依然具有磁性。
3.2 磁导率磁导率是物质对磁场的导磁性能的度量。
磁导率高的物质对磁场的响应更强，磁场对该物质的影响更大。
顺磁性与铁磁性
顺磁性与铁磁性
顺磁性与铁磁性有三方面区别。
一、概念不同
1、顺磁性：是指材料对磁场响应很弱的磁性。
2、铁磁性：是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。
二、原理不同
1、顺磁性：组成顺磁性物体的原子、离子或分子具有未被电子填满的内壳层，这类材料的原子、离子或分子中存在固有磁矩，因其相互作用远小于热运动能，磁矩的取向无规，使材料不能形成自发磁化。
2、铁磁性：在铁磁性物质内部，如同顺磁性物质，有很多未配对电子。
由于交换作用，这些电子的自旋趋于与相邻未配对电子的自旋呈相同方向。
三、应用不同
1、顺磁性：医学上从核磁共振成像技术发展到电子顺磁共振成像技术，可以显示生物体内顺磁物质（如血红蛋白和自由基等）的分布和变化，此外某些测氧仪利用了顺磁性的原理。
2、铁磁性：仅有四种金属元素在室温以上是铁磁性的，即铁、钴、镍和钆。
极低低温下有五种元素是铁磁性的，即铽、镝、钬、铒和铥。
以及面心立方的镨、面心立方的钕。
磁性物理学第一章物质磁性概述-磁性物理
如氧、铝、铂等金属，以及某些非金属如氮、氧等。
顺磁性特点
顺磁性物质的磁化率比抗磁性物质大，但仍然是微弱的。它们同样 不会自发磁化，且在外磁场撤去后无剩磁。
铁磁性物质
01
铁磁性定义
铁磁性是指物质在外磁场作用下，能产生很强磁化现象，且可以自发磁
化形成磁畴。
02
铁磁性物质举例
如铁、钴、镍及其合金等。
物质磁性影响因素分
04
析
温度对物质磁性影响
居里温度
物质磁性随温度变化的重要参数，当温度高于居里温度时，铁磁性物质转变为顺 磁性。
磁化率与温度关系
对于顺磁性物质，磁化率随温度升高而降低；对于铁磁性物质，在居里温度以下 磁化率随温度升高而降低，在居里温度以上转变为顺磁性。
压力对物质磁性影响
压力效应
磁性分类
根据物质在磁场中的表现，可分为铁 磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性 和抗磁性等。
物质磁性来源
电子自旋磁矩
电子自旋产生的磁矩是物质磁性的主要来源。
电子轨道磁矩
电子绕原子核运动时产生的磁矩，对物质磁性有 贡献但通常较小。
原子核自旋磁矩
原子核自旋产生的磁矩，对物质磁性的贡献极小， 通常可忽略不计。
尔元件等，实现非接触式测量和自动控制。
磁记录材料应用领域
硬盘驱动器
磁记录材料用于制造硬盘驱动器的存储介质，实现数据的长期可 靠存储。
磁带
利用磁记录材料的磁化特性，制造磁带等线性存储设备，用于数 据的备份和归档。
磁卡
磁记录材料用于制造各种磁卡，如信用卡、门禁卡等，实现身份 识别和交易安全。
总结与展望
物质在压力作用下，原子间距减小，电子云重叠增加，导致 交换作用增强，从而影响物质的磁性。
磁性材料名词解释
磁性材料Jump to: navigation, search磁性材料magnetic material可由磁场感生或改变磁化强度的物质。
按照磁性的强弱，物质可以分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性等几类。
铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，其余为弱磁性物质。
现代工程上实用的磁性材料多属强磁性物质，通常所说的磁性材料即指强磁性材料。
磁性材料的用途广泛。
主要是利用其各种磁特性和特殊效应制成元件或器件；用于存储、传输和转换电磁能量与信息，或在特定空间产生一定强度和分布的磁场；有时也以材料的自然形态而直接利用(如磁性液体)。
磁性材料在电子技术领域和其他科学技术领域中都有重要的作用。
简史中国是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。
早在战国时期就有关于天然磁性材料（如磁铁矿）的记载。
11世纪就发明了制造人工永磁材料的方法。
1086年《梦溪笔谈》记载了指南针的制作和使用。
1099～1102年有指南针用于航海的记述，同时还发现了地磁偏角的现象。
近代，电力工业的发展促进了金属磁性材料──硅钢片（Si-Fe合金）的研制。
永磁金属从 19世纪的碳钢发展到后来的稀土永磁合金，性能提高二百多倍。
随着通信技术的发展，软磁金属材料从片状改为丝状再改为粉状，仍满足不了频率扩展的要求。
20世纪40年代，荷兰J.L.斯诺伊克发明电阻率高、高频特性好的铁氧体软磁材料，接着又出现了价格低廉的永磁铁氧体。
50年代初，随着电子计算机的发展，美籍华人王安首先使用矩磁合金元件作为计算机的内存储器，不久被矩磁铁氧体记忆磁芯取代，后者在60～70年代曾对计算机的发展起过重要的作用。
50 年代初人们发现铁氧体具有独特的微波特性，制成一系列微波铁氧体器件。
压磁材料在第一次世界大战时即已用于声纳技术，但由于压电陶瓷的出现，使用有所减少。
后来又出现了强压磁性的稀土合金。
非晶态（无定形）磁性材料是近代磁学研究的成果，在发明快速淬火技术后，1967年解决了制带工艺，正向实用化过渡。
铁磁、反铁磁、顺磁、抗磁
铁磁性铁磁性Ferromagnetism过渡族金属（如铁）及它们的合金和化合物所具有的磁性叫做铁磁性，这个名称的由来是因为铁是具有铁磁性物质中最常见也是最典型的。
钐(Samarium)，钕(neod ymium)与钴的合金常被用来制造强磁铁。
铁磁理论的奠基者，法国物理学家P.-E.外斯于1907年提出了铁磁现象的唯象理论。
他假定铁磁体内部存在强大的“分子场”，即使无外磁场，也能使内部自发地磁化；自发磁化的小区域称为磁畴，每个磁畴的磁化均达到磁饱和。
实验表明，磁畴磁矩起因于电子的自旋磁矩。
1928年W.K.海森伯首先用量子力学方法计算了铁磁体的自发磁化强度，给予外斯的“分子场”以量子力学解释。
1930年F.布洛赫提出了自旋波理论。
海森伯和布洛赫的铁磁理论认为铁磁性来源于不配对的电子自旋的直接交换作用。
铁磁性材料存在长程序，即磁畴内每个原子的未配对电子自旋倾向于平行排列。
因此，在磁畴内磁性是非常强的，但材料整体可能并不体现出强磁性，因为不同磁畴的磁性取向可能是随机排列的。
如果我们外加一个微小磁场，比如螺线管的磁场会使本来随机排列的磁畴取向一致，这时我们说材料被磁化[1]。
材料被磁化后，将得到很强的磁场，这就是电磁铁的物理原理。
当外加磁场去掉后，材料仍会剩余一些磁场，或者说材料"记忆"了它们被磁化的历史。
这种现象叫作剩磁，所谓永磁体就是被磁化后，剩磁很大。
当温度很高时，由于无规则热运动的增强，磁性会消失，这个临界温度叫居里温度(Curie temperature)。
如果我们考察铁磁材料在外加磁场下的机械响应，会发现在外加磁场方向，材料的长度会发生微小的改变，这种性质叫作磁致伸缩(magnetostriction)。
产生铁磁性条件：铁磁质的自发磁化：铁磁现象虽然发现很早，然而这些现象的本质原因和规律，还是在本世纪初才开始认识的。
1907年法国科学家外斯系统地提出了铁磁性假说，其主要内容有：铁磁物质内部存在很强的“分子场”，在“分子场”的作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发磁化至饱和，称为自发磁化；铁磁体自发磁化分成若干个小区域(这种自发磁化至饱和的小区域称为磁畴)，由于各个区域(磁畴)的磁化方向各不相同，其磁性彼此相互抵消，所以大块铁磁体对外不显示磁性。
磁性材料有哪些分类
磁性材料有哪些分类磁性材料具有磁有序的强磁性物质，广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。
磁性是物质的一种基本属性。
物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。
铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。
磁性材料按性质分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。
按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。
功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反映磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。
永磁材料，经外磁场磁化以后，即使在相当大的反向磁场作用下，仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性。
对这类材料的要求是剩余磁感应强度Br高，矫顽力BHC（即抗退磁能力）强，磁能积（BH）即给空间提供的磁场能量）大。
相对于软磁材料而言，它亦称为硬磁材料。
永磁材料有合金、铁氧体和金属间化合物三类。
①合金类：包括铸造、烧结和可加工合金。
铸造合金的主要品种有:AlNi（Co）、FeCr（Co）、FeCrMo、FeAlC、FeCo（V）（W）；烧结合金有：Re－Co（Re代表稀土元素）、Re－Fe以及AlNi（Co）、FeCrCo 等；可加工合金有：FeCrCo、PtCo、MnAlC、CuNiFe和AlMnAg等，后两种中BHC较低者亦称半永磁材料。
②铁氧体类：主要成分为MO6Fe2O3,M代表Ba、Sr、Pb或SrCa、LaCa等复合组分。
③金属间化合物类：主要以MnBi为代表。
永磁材料有多种用途。
①基于电磁力作用原理的应用主要有：扬声器、话筒、电表、按键、电机、继电器、传感器、开关等。
②基于磁电作用原理的应用主要有：磁控管和行波管等微波电子管、显像管、钛泵、微波铁氧体器件、磁阻器件、霍尔器件等。
③基于磁力作用原理的应用主要有：磁轴承、选矿机、磁力分离器、磁性吸盘、磁密封、磁黑板、玩具、标牌、密码锁、复印机、控温计等。
第五章 物质的磁性
M
χ
χ= C
T −Tc
1 χ
0
H
0
Tc
T
0
Tc
T
铁磁性物质的基本特征
· 其内存在按磁畴分布的自发磁化
· 磁化率很大
· 磁化强度与磁化磁场强度之间不是单值函数 关系，显示磁滞现象，具有剩余磁化强度； 其磁化率都是磁场强度的函数 · 有一个磁性转变温度--居里温度
· 在磁化过程中，表现出磁晶各向异性和磁滞 伸缩现象
Co αFe γFe Mn
Ni
Gd
r ab r3 d
Cr
当原子距离很大时, A→0。 随距离的减 小，相互 作用有所增加， A 为正值, 呈现铁磁性。
物质具有铁磁性的条件： （1）必要条件：原子中具有未充满的电子壳层， 即有原子磁矩。 （2）充分条件：交换积分A>0，交换能可表示为
2 ∑ Asi ⋅ s j Eex =−
（饱和磁化强度）
郎之万最早从理论上推导出居里定律，他开创 了从微观出发，用统计方法研究物质磁性的道路。 问题：没有考虑到磁矩在空间的量子化，因而 与实验结果相比，在定量上有较大的差别。
3、铁磁性(Ferromagnetic)
· 在很小的外磁场作用下产生很强的磁化强度，M>>H 磁化率可高达101～106 · 外磁场除去后仍保持相当大的永久磁性，这种磁性 称为铁磁性 · 如：过渡金属Fe,Co,Ni和稀土金属钆、钇、钐、铕等
例如：MnO，由Mn2+和O2-离子组成
面心立方结构
(1) O2-离子没有净磁矩，其电子自旋磁矩和 轨道磁矩全都抵消了 (2) Mn2+离子有未成对3d 电子贡献的净磁矩 (3) MnO晶体结构中，相邻Mn2+离子的磁矩 都成反向平行排列，结果磁矩相互对消 ， 整个固体材料的总磁矩为零
反磁性和顺磁性
反磁性和顺磁性
1、在外磁场作用下，电子的轨道运动产生附加转动(Larmor进动)，动量矩发生变化，产生与外磁场相反的感生磁矩，表现出反磁性。
但在含有不成对电子的物质中被顺磁磁化率（比反磁性大1-3个数量级）掩盖。
2、顺磁性（paramagnetism）是指材料对磁场响应很弱的磁性。
如用磁化率 k=M/H 来表示（M和H分别为磁化强度和磁场强度），从这个关系来看，磁化率k是正的，即磁化强度的方向与磁场强度的相同，数值为10-6——10-3量级。
一些原子核（如1H，7Li，11B，13C，17O等以及中子）具有磁矩，在磁场作用下会产生顺磁性，但其顺磁磁化率比电子对顺磁性的贡献小得多，只有10-6——10-10量级。
因而在讨论物质的顺磁性时，可不计及核的顺磁性。
扩展资料：
物质之磁矩是由其内每一原子内之电子之自旋，及轨道运动所产生之磁矩和及原子间之交互作用之和。
利用物质之磁矩对中子磁矩作用产生之绕射现象，可以测定物质内原子磁矩之分布方向和次序。
利用中子绕射而测得之MnF₂和NiO二种反铁磁性物质之磁矩结构。
在MnF₂反铁磁性物质中，Mn 离子其3d轨道未饱和
之电子受到磁场磁化之磁矩依面心立方晶格而分布，因在每一角落上离子之磁矩都是同一方向。
而是在这个立方面上之离子磁矩都在同一相反方向。
其向量和等于零，因而此种物质之磁化率，X等于零。
物质在磁场中之取向效应受到热激动的抵抗，因而其磁化率随温度而变。
当温度等于某一温度尼尔温度时，反铁磁物质的磁化率会稍微上升，当温度超过尼尔温度TN时，则反铁磁性物质之磁性近于顺磁性。
磁的六个概念
磁的六个概念磁的六个概念是磁性、磁力、磁场、磁感应强度、磁感线和磁化强度。
磁性是物质对外加磁场的相应能力。
存在三种磁性，包括铁磁性、顺磁性和抗磁性。
铁磁性物质在外加磁场下会被磁化且自发产生磁场，如铁、镍和钴。
顺磁性物质在外加磁场下也会被磁化，但产生的磁场较弱，如氧、铜和铝。
抗磁性物质在外加磁场下会被略微排斥，如金属锌和银。
磁力是磁场对磁性物质施加的力。
根据洛伦兹力定律，当磁性物质运动时，其带有的电荷受到相应磁场力的作用。
磁力可以被表示为F = qvBsinθ，其中F是磁力，q是电荷，v是速度，B是磁感应强度，θ是磁场和速度之间的夹角。
磁力使得磁性物质受到吸引或排斥。
磁场是磁力的产生者，是向周围物质传递磁力的媒介。
磁场由磁性物质产生，并通过磁感应强度来描述。
磁场是一个物理量，具有方向和大小。
根据磁场的方向和性质，可以将磁场分为两种类型：直流磁场和交流磁场。
直流磁场的方向保持不变，而交流磁场的方向以某个频率周期性地改变。
磁感应强度是描述磁场强弱的物理量。
它的单位是特斯拉（T）。
磁感应强度的大小与磁场强度的大小和方向有关。
如果磁场越强，磁感应强度就越大。
磁感应强度可以使用磁针或霍尔效应传感器等仪器测量。
磁感线是用来表示磁场的有力线。
磁感线从磁南极（N极）流向磁北极（S极）。
磁感线的密度表示了磁场的强弱，磁感线越密集，磁场越强。
磁感线是闭合曲线，不会与自身相交，也不会与其他磁感线相交。
磁化强度是描述磁性物质磁化程度的物理量。
磁化强度可以是磁化率或剩余磁化强度。
磁化率表示单位体积内磁化强度，剩余磁化强度是在去除外部磁场后，磁性物质仍然保持的磁化强度。
磁化强度可以通过实验测量得到。
磁的六个概念，磁性、磁力、磁场、磁感应强度、磁感线和磁化强度，涵盖了磁学中各个重要的物理量和现象。
理解这些概念对于理解磁性物质的行为和应用十分重要。
物质的磁性(i)——抗磁性顺磁性和铁磁性
其中
为玻尔磁子，是物
7
质磁矩的最小单元。
二、电子的自旋磁矩（本证磁矩） 电子的自旋是在研究原子的线状光谱时被提出来的，并发现
了光谱线的精细结构。为了解释这种谱线结构，有个重要的假设： 电子具有自旋角动量（本证角动量）和自旋磁矩（本证磁矩）。
自旋角动量在任意方向的外磁场中的投影值
与之相应的电子自旋磁矩在外磁场方向的投影为 注意的是，
68
69
70
71
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设两个电子的轨道角动量量子数分别为l则其总轨道角动量l的量子数可取值为对于确定的l值为总轨道角动量l总轨道磁矩的绝对值分别为同样设两个电子的自旋量子数分别为s1和s2则总自旋量子数s的可能取值为其中为朗德因数或光谱分裂因数四洪德定则该定则是洪德基于对原子光谱的分析而总结出来的经验法则
第一章：物质的磁性（I） ——抗磁性、顺磁性和铁磁性
后来证明，巡游电子模型更加接近过渡金属磁电子的真实状 态。近20多年来，守谷等人建立了自旋涨落的自洽重整化理 论并用这一理论对弱铁磁性金属（ZrZn2，Sc3In）进行了计 算，导出了居里-外斯定律。在这基础上，守谷进一步提出 弱铁磁性金属中的居里-外斯定律源于自旋涨落的新物理思 想。在这一思想的指导下，守谷提出了用自旋涨落来统一局 域电子模型和巡游电子模型的模型。
其中
为轨道面积。
电子运动的轨道角动量为 6
于是有
按其态量中在子rn出,力l,的m 学分l,理m 布论s是 概，率轨表 。道根电征 据子量的状 子运力动态 学状的态的 解应释n四 以l，m lm 波s空个 函r间数2量表 量 子nl数lm 示 ， ms的r物表该理示状
物质顺磁性和抗磁性的产生原因
顺磁性和抗磁性的原因磁性是物质的一种基本属性。
物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。
铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质（参考文献1 ）。
从上面的介绍看出，任何物质都会显示磁性，并且物质从顺磁性到反磁性、磁性从强到弱是逐渐变化的，没有一个明显的界限。
物质的磁性到底是怎么产生的，本文就此观点提出我自己的看法。
一、现在的理论给人们带来的疑惑1、顺磁性：现在人们认为，电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。
在晶体中，电子的轨道磁矩受晶格的作用，其方向是变化的，不能形成一个联合磁矩，对外没有磁性作用。
因此，物质的磁性不是由电子的轨道磁矩引起，而是主要由自旋磁矩引起。
每个电子自旋磁矩的近似值等于一个波尔磁子。
是原子磁矩的单位。
因为原子核比电子重2000倍左右，其运动速度仅为电子速度的几千分之一，故原子核的磁矩仅为电子的千分之几，可以忽略不计。
（参考文献2 ）我认为上面这段论述是不合理的，我们都知道，原子是由原子核和核外电子组成，原子核又是由质子和中子组成，原子核的体积约为原子体积的几千万亿分之一,(半径约为原子的十万分之一).打个比方,原子相当于足球场那么大,而原子核则只有一只蚂蚁那么大。
（参考文献3）。
电子的质量约为质子质量的1/1836（参考文献4 ）。
中子能够通过β衰变过程变成质子、电子和反中微子，（参考文献5 ）。
从这些论述可想而知，电子的体积会有多大，电子的体积不会超过质子和中子体积的千分子一。
即从电子的角度来看原子，原子就象是一个非常巨大的宇宙一样。
由于电子的体积很小很小，即使电子自旋产生的磁场较强，它影响的范围必然很小很小，不可能影响到原子以外，因此电子自旋产生的磁场在宏观上是显示不出来的，如果能显示出来，电子产生的磁场就强大的无法想象了。
上面还提到原子核的磁矩很小，可以忽略，这个观点我觉得也是错误的，人们现在只是从质量上去考虑对磁矩的影响，而把其它因素忽略了，比方说原子核的体积。
抗磁性与顺磁性
按照经典理论，传导电子是不可能出现抗磁性的。因为外 加磁场（由于洛伦兹力垂直于电子的运动方向）不会改变 电子系统的自由能及其分布函数，因此磁化率为零。
另一经典的图象：
在外磁场作用下形成的环形 电流在金属的边界上反射, 因 而使金属体内的 抗磁性磁矩 为表面 “破折轨道”的反向 磁矩抵消，不显示抗磁性。
郎之万顺磁性理论
每个原子内有 z 个电子，每个电子有自己 的运动轨道，在外磁场作用下，电子轨道 绕 H 进动，进动频率为ω，称为Lamor进 动频率。由于轨道面绕磁场进动，使电子 运动速度有一个变化⊿v，电子轨道磁矩增 加⊿μ，但方向与磁场相反，使总的电子轨 道磁矩减小。 总之，由于磁场作用引起电子轨道磁矩减小， 表现出抗磁性。
2
TF
EF0 kB
2
2mkB
3 2N
2 3
h2 2mkB
3N
8
3
其中 TF 为费密面能级 EF 决定的费密温度。用 N’代替 N
后，得到
2
ed
4mB2
h2
3
3
1
N3
此时的磁化率与温度无关，称为朗道抗磁性。金属 中的导电电子除具有抗磁性外，还同时具有不可分开的 顺磁性。
合金形成中间相(金属化合物)时，其磁化率将发生 突变。中间相结构中由于自由电子数减少，几乎 无固有原子磁矩，所以中间相的抗磁性很高。
当形成两相合金时，在两相区范围内，其磁化率 随成分的变化呈直线关系。
Cu-Zn合金的磁化率
磁化率随合金成分变化规律
第二节 物质的抗磁性与顺磁性
物质磁性的分类 物质的抗磁性 物质的顺磁性 金属的抗磁性与顺磁性 影响因素 测量与应用
5 材料的磁学性能
外磁场。
顺磁体的原子或离子是有磁矩的(称为原子固有磁矩，它是电子 的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和)，其源于原子内未填满的电子 壳层(如过渡元素的d层，稀土金属的f层)，或源于具有奇数个电
子的原子。但无外磁场时，由于热振动的影响，其原子磁矩的取 向是无序的，故总磁矩为零。
当有外磁场作用，则原子磁矩便排向外磁场的方向，总磁矩便大
材料名称 氧化铝 铜 金 水银 硅 银
当有介质时，介质被磁化后，其产生的磁场强度M和源
磁场强度H对运动电荷共同产生作用，此时磁感应强度
和Ｂ磁场强度H有何关系？
B 0 ( H M )
令 则
0 (1 ) H 0 (1 ) B H
式中的μ为介质的磁导率，单位为H/m，是磁性材料 最重要的物理量之一，其也反映了介质磁化的能力。
亚铁磁性物质由磁矩大小不同的两种离子(或原子)组成，
矩，这就是亚铁磁性（ferrimagnetism）。
尼尔点是反铁磁性转变为顺磁性的温度(有时也称为反铁磁 物质的居里点Tc) 。
尼尔点
图5-14 三种磁化状态示意图
5.3.3 磁畴 铁磁性（ferromagnetism）材料所以能使磁化 强度显著增大（即使在很弱的外磁场作用下， 也能显示出强弱性），这是由于物质内部存在 着自发磁化的小区域——磁畴（magnetic domain）的缘故。
外磁场除去后仍保持相当大的永久磁性， 这种磁性称为铁磁性。
过渡金属铁、钴、镍和某些稀土金属如钆、 钇、钐、铕等都具有铁磁性。 此材料的磁化率可高达103，M>>H
5.2 抗磁性与顺磁性
任何物质都是由原子组成的，而原子又是由带正
电荷的原子核(简称核子)和带负电荷的电子所构
材料的磁学性能
运动电子的磁矩，一般是轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和。
3) 原子的磁矩 由原子的结构决定 原子中的一个次电子层被排满时，这个电子层的磁矩总和 为零 原子中的电子层均被排满时，原子没有磁矩
只有原子中存在未被排满的电子层时，原子才具有磁矩，
这种磁矩称为原子的固有磁矩 如原子序数为26的Fe原子，电子层分布为
玻璃瓶里的磁流体
磁化泥吞金属
磁流体变成圣诞树形
---------------《材料性能学》----------------
第九章
材料的磁学性能
本章主要对材料磁性的本质、抗磁 性、顺磁性以及铁磁性的特点及影响 因素进行简要介绍。
第一节 基本磁学性能 第二节 抗磁性与顺磁性 第三节 铁磁性与反铁磁性
• 磁性是最早发现一切物质的基本属性之一。
• 一个好的磁芯必须有高的磁导率。 • μ合金是一种镍-铁合金（75%镍，15%铁，外加铜和钼），并有非常高的磁 导率。 • 磁导率最高的材料是钴基非晶态磁性合金，其高频退火磁导率为1,000,000（ 直流磁导率最大值（µ ））。氢退火的（纯铁-N5级）可达到160,000（µ ）的 磁导率，但相对很昂贵。
m IS
m
在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩J
J m B
磁矩在磁场中所受的力
dB Fx m dx
所以，磁矩是表征磁性物体磁性大小的物理量。磁矩愈大， 磁性愈强，即物体在磁场中所受的力也大。磁矩只与物体 本身有关，与外磁场无关。
1) 轨道磁矩：由电子循轨运动产生的磁矩，以ml表示，ml为 矢量，它垂直于电子运动的轨道平面，其大小为
ml li li 1mB
式中:l为轨道角量子数，可取0，1，2， 3,…，( n-1)，分别 代表s, p, d, f,g层的电子态，mB为玻尔磁子，mB=9.27×10-24 Am2，是磁矩的最小单元。
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（弱磁性物质） （强磁性物质）
按原子核理论，核子之间存在着两种不同类型的相互作用。一
种是质子之间的电磁相互作用（场的形式、交换光子的形式）；另
一种是核子之间的非电磁本性的核力作用（交换带电荷的 介子）。
1947年在宇宙线中发现了 介子，质量为
，1950
年又发现了 介子。按核力的介子论，核子由于不断发射和吸收
介子在其周围建立起一种特殊性质的介质场。通过介质场，质子
同样，设两个电子的自旋量子数分别为s1和s2，则总自旋量子数 S的可能取值为
其中， 光谱分裂因数
为朗德因数或
四、洪德定则
该定则是洪德基于对原子光谱的分析而总结出来的经验法则。 它给出了含有未满电子壳层的原子或离子的基态量子数，其内容包 括以下三条：
按洪德定则计算的稀土离子的磁矩与实验值符合的较好；而按
磁性现象的认知过程
最早在春秋时代的《管子》、战国时代的《吕氏春秋》 中有关“慈石”的记载、公元前4世纪有关天然磁铁矿 （Fe2O3）的记载。公元前3世纪我国发明了指南针。公元前 6世纪希腊人台利斯有关磁性的著作。
从丹麦物理学家奥斯特发现电流效应开始逐步深入理解 磁性现象。法国物理学家安培提出“分子电流”是物质磁性 起源的假说、1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应 定律。
和中子进Hale Waihona Puke 的转化：第四节、宏观物质的磁性
宏观物质的性主要来自它内部电子的磁性。根据磁体存 在两个磁极，有人提出了宏观物质的磁性来源于元磁偶极子 的假说。所谓元磁偶极子是指强度相等、极性相反并其距离 无限接近的一对“磁荷”。以+m表示正磁荷的强度，以l表 示两个磁荷间的长度矢量，则该元磁偶极子可用磁偶极矩矢 量j来表示
海森堡理论模型属于局域电子模型，即认为对磁性有 贡献的电子定域于原子之中。与此同时，布洛赫又提出了 一个描写集体电子模式的能带模型（巡游电子模型），该 模型经莫特、斯东纳、斯莱特等人的发展形成了与局域电 子模型相对立的另一学派。但是这两模型在解释过渡金属 （Fe、Co、Ni）铁磁性方面都只能解释一部分实验事实。
了光谱线的精细结构。为了解释这种谱线结构，有个重要的假设： 电子具有自旋角动量（本证角动量）和自旋磁矩（本证磁矩）。 自旋角动量 在任意方向的外磁场中的投影值
与之相应的电子自旋磁矩在外磁场方向的投影为 注意的是，
根据量子力学角动量的一般规律和以上的假设，可以证明，假如
电子自旋的分量
，
三、原子的磁性 核外电子在构造原子壳层时遵守两个定理：
3）ml 0,1,2,....,l 为磁量子数。它决定电子的轨道角动
量Pl在空间任意指定方向（如外磁场H的方向）的投影值 电子轨道磁矩的绝对值
电子轨道磁矩在空间任意指定方向的投影为
其中
为玻尔磁子，是物
质磁矩的最小单元。
二、电子的自旋磁矩（本证磁矩） 电子的自旋是在研究原子的线状光谱时被提出来的，并发现
L-S耦合和j-j耦合
原子序数不太大的原子（3d族、4f族元素）的基态或低激发态， 均属于L-S耦合；纯j-j耦合只发生在较重元素的激发态中。 举例说明L-S耦合的计算方法：
设两个电子的轨道角动量量子数分别为l1和l2，则其总轨道角 动量L的量子数可取值为 对于确定的L值为，总轨道角动量L、总轨道磁矩 的绝对值分别为
磁性材料的研究和制备始于20世纪初。100多年来所取得的 具有代表性的成果：1900年研制出硅钢（Si-Fe合金）； 1920年研制出坡莫合金（Fe-Ni合金）；1932年研制出铝镍 钴永磁合金；1935年研制出尖晶石软磁铁氧化体；1952年 研制出磁铅石型永磁铁氧体；1953年研制出应用于计算机 的矩磁铁氧体；1956年研制出用于微波技术的石榴石型稀 土铁氧体；1966年研制出SmCo5永磁合金；1977年研制出 Sm2Co17永磁合金；1983年研制出Nd2Fe14B永磁化合物。 非晶态磁性、薄膜磁性、纳米材料磁性
同样方法计算铁族离子的磁矩则与实验值差别较大。
推论：在基态下，满壳层电子的总角动量和总磁矩都为零。
原子的磁性的最直接的实验证明是塞曼效应。塞曼效应是原
子光谱线在磁场中的分裂。在弱磁场H中，每个能级En分裂为
2J+1个能级，能级间隔为 EH mJ gJ BH。多重能级间的跃迁遵循
“选择定则”：mJ 0,1
第一章：物质的磁性（I） ——抗磁性、顺磁性和铁磁性
报告人：门聪杰
第一节：引言
磁性是物质的基本属性之一。从微观粒子到宏观物
体，乃至宇宙天体，都具有某种程度的磁性。
磁性形式
弱磁性质：抗磁性、顺磁性、反铁磁性
具有不同的
（宏观物体） 强磁性质：铁磁性、亚铁磁性
形成机理
物质的磁性在工农业生产、日常生活和现代科学技术 各领域中有着重要的应用。磁性材料已成为功能材料的 一个重要分支。故研究物质的磁性及其形成原理、探讨 提高磁性材料的用途和开拓磁性材料新应用领域成为当 代磁学的主要研究方法和内容。
后来证明，巡游电子模型更加接近过渡金属磁电子的真实状 态。近20多年来，守谷等人建立了自旋涨落的自洽重整化理 论并用这一理论对弱铁磁性金属（ZrZn2，Sc3In）进行了计 算，导出了居里-外斯定律。在这基础上，守谷进一步提出 弱铁磁性金属中的居里-外斯定律源于自旋涨落的新物理思 想。在这一思想的指导下，守谷提出了用自旋涨落来统一局 域电子模型和巡游电子模型的模型。
于是有
按其态量中在子rn出,力l,的m学分l ,理m布论s是概，率表轨。征道根状电据态子量的的子四运力动个学状量的态，解应释n以lm，l波m空s 函r间数2量表子n示lm数lms 的r物表该理示状
意义如下： 1）n=1,2,3....为主量子数，由它决定电子的能量。对于氢
原子，2）电l子=0的,1能,2量..为..,En-n1,为 轨2m道2en4角2 动。量量子数。它决定轨道角 动量的绝对值：
原子具有磁矩的结论是量子力学的基础上建立起来的。 1928年，海森堡提出了铁磁体的自发磁化来自量子力学中 交换作用的理论模型。为建立铁磁性理论奠定了基础。随 之低温自旋波理论、铁磁变相理论、铁磁共振理论相继建 立起来。20世纪30年代发现现在金属氧化物中存在反铁磁 性。1934年可拉默斯为解释这类物质中的反铁磁性提出了 超交换作用的理论模型。后来，安德森进一步发展了这一 理论模型，并成功地说明了金属氧化物中存在的反铁磁性。 而后，鲁德曼和基特尔、糟谷和芳田等人在交换作用理论 模型做了很多重要贡献。
安培提出了磁偶极子与电流回路元在磁性上的相当性原理，
又根据这原理提出了宏观物体的磁性起源于“分子电流”的假说。
根据“相当性原理”，电流回路元的磁矩
等效于磁偶极
子的磁偶极矩。
根据的 符号、量值以及量值随温度、磁场的变化关系，可 将物质分为7种不同的类型：
（弱磁性物质）
（弱磁性物质） （强磁性物质）
以上是反常塞曼效应。在强磁场中，
则为正常塞曼效应，这时矢量 和 间的耦合被拆散，能级分裂
间隔为
第三节、原子核的磁性
质子带有一个电子电量的正电荷，自旋角动量量子数为
1/2。按量子力学理论，质子应具有自旋磁矩，其方向与角动
量相同，其绝对值为
在外磁场方向的投影为 由于
质子的质量M是电子质量的1836.5倍，那么质子的磁矩为
第二节：原子的磁性
宏观物质的磁性主要由电子的磁矩所决定的。宏观物质 中的电子按其运动状态分为轨道电子和传导电子。
一、电子的轨道磁矩
电子的轨道磁矩是由于电子环绕原子核做轨道运动而产生的。 建立经典模型，以周期T沿椭圆轨道运 动的电子相当一个圆电流，电流强度 其产生的磁矩为
其中
为轨道面积。
电子运动的轨道角动量为