第八章 固体的磁性

第八章固体的磁性

1 固体中存在哪几种抗磁性？铁磁性和反铁磁性是怎样形成的？铁磁和反铁磁材料在低温和高温下的磁化有什么特点？

饱和电子结构的抗磁性和朗道抗磁性。

根据磁矩相互作用的交换能理论，当交换能是正值时，磁矩将倾向于采取平行的排列（铁磁性），当交换能是负值时，磁矩将倾向于采取反平行的排列（亚铁磁性）

反铁磁性：低温时，磁化率是随温度增加的，这是由于磁矩的反平行排列作用起着抵制磁化的作用，随着温度的升高，反平行排列的作用逐步减弱，因而磁化率不断增加，在奈尔温度一双，磁化率随温度升高而下降，磁化率在高温遵循居里-外斯定律χ=C/(T+θ)，注意分母中常数θ>0，符号和铁磁体高温顺磁性正好相反，显然反映了反平行排列作用的影响。

铁磁性材料：在居里温度一下具有铁磁性，在很弱的磁场下它就可以达到接近饱和的磁化强度，在居里温度以上，铁磁材料转变为顺磁性的，磁化率遵循居里外斯定律，χ=C/(T - θ)

p

2简述大块磁体为什么会分成许多畴，为什么磁畴的分割不会无限进行下去？

促使铁磁体的自发磁化分割成为磁畴的根本原因是自发磁化所产生的静磁能，磁场的范围随着磁畴的分割而不断减小，从而使静磁能不断降低。所以，从静磁能来看，自发磁化将趋向于分割成为磁化方向不同的磁畴，以降低静磁能，而且，分割越细，静磁能越低。但是由于磁畴之间的界壁破坏了两边磁矩的平行排列，使交换能增加，所以畴壁本身具有一定的能量，磁畴的分割意味着在铁磁体中引入更多的畴壁，使畴壁能增加。由于这个缘故，磁畴的分割不会无限的进行下去，而是进行到再分割所增加的畴壁能将超过静磁能的减少。

3简单阐述物质顺磁性的来源

原子的固有磁矩不为零，磁矩取向愈接近B，能量愈低，正是由于磁矩在磁场中的取向作用，产生了顺磁性现象。

4画出铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的磁矩排列示意图

铁磁性：箭头等长平行

饭铁磁性：箭头等长反平行

亚铁磁性：箭头向上与箭头向下的不等长

5简述铁磁体中磁畴是如何产生的，磁化强度的变化是通过磁畴的哪两种运动实现的？

促使铁磁体的自发磁化分割成为磁畴的根本原因是自发磁化所产生的静磁能，磁场的范围随着磁畴的分割而不断减小，从而使静磁能不断降低。所以，从静磁能来看，自发磁化将趋向于分割成为磁化方向不同的磁畴，以降低静磁能，而且，分割越细，静磁能越低。

磁化强度的变化是依靠畴壁的移动或磁矩的转动来实现的

6写出低温时铁磁性盐类化合物的自发磁化强度随温度的变化关系，并简单说明其理由

黄昆410页

7为什么金属铜的抗磁性比其离子盐中的抗磁性低？

金属铜的内层电子和其离子盐是饱和的电子结构，因此是抗磁性的，但是金属铜还必须考虑载流子对磁化率的贡献，载流子具有顺磁性，它们部分地抵消了内层离子的抗磁性，从而

使金属的抗磁性壁离子的抗磁性低。

8按磁性起源的不同，物质的磁性可分为哪几类？并图示不同种类磁性物质的磁化率与温度的关系

顺磁性，抗磁性，铁磁性，亚铁磁性，反铁磁性

9扼要阅述描述铁磁性起源的分子场理论。黄昆408页

1907年，外斯提出分子场理论，其包含以下两个假设：

⑴分子场假设铁磁物质内部在居里温度以下存在一个很强的分子磁场，数值上可达109A/m。正是在这一分子场的作用下，使铁磁物质得以克服热扰动的不利影响将磁矩整齐排列起来，从而造成自发磁化

⑵磁畴假设大块铁磁性物质内部，存在许多小区域，在每一个这样的小区域内，原子磁矩受到分子场的作用都是平行取向的，而不同磁畴中的原子磁矩取向却不同。具有这样特点的小区域称为磁畴。根据这一假设，铁磁性物质在没有受到外磁场作用时的总磁矩应为各磁畴磁矩的矢量和，由于铁磁物质包含着大量的磁畴，而各个磁畴的磁矩取向又不一样，结果总磁矩为零，于是就很好地解释了铁磁性物质在退磁状态下不显示磁性的问题。

外斯根据上述两个基本假设，同时利用朗之万的顺磁性理论，并假定分子场正比于自发磁化强度M s，成功地解释了铁磁性的部分规律。但是，有关分子场的本质，一直到1928年海森伯利用量子力学理论才得到正确阐明，它是由电子磁矩之间的静电性交换作用引起的。

10金属铜的磁化率来自于哪几个部分的贡献？

来自于内层饱和电子结构的抗磁性和载流子的顺磁性。

11晶体场是什么？晶体场通常是如何影响固体中3d 和4f离子的磁矩的（自旋部分与轨道部分）？黄昆405页

12顺磁离子与自由电子的顺磁性各有什么特点？

顺磁离子固有磁矩引起的顺磁性远大于其内层饱和电子结构的抗磁性。

自由电子兼具顺磁性和抗磁性，且抗磁性总是顺磁性的三分之一。