多媒體教案-材料物理性能學(xué)-05-材料的磁性能-Nov2016

1、n1907年 P.Weiss的磁疇和分子場(chǎng)假設(shè) n1919年 巴克豪森效應(yīng)n1928年 海森堡模型，用量子力學(xué)解釋分子場(chǎng)起源n1931年 Bitter在顯微鏡下直接觀察到磁疇 n1933年 加藤與武井發(fā)現(xiàn)含Co的永磁鐵氧體1970年 SmCo5稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn) 1984年 NdFeB稀土永磁材料發(fā)現(xiàn) Sagawa(佐川)1986年 高溫超導(dǎo)體，Bednortz-muller 1988年 巨磁電阻GMR的發(fā)現(xiàn), M.N.Baibich1994年 CMR龐磁電阻的發(fā)現(xiàn)，Jin等LaCaMnO3 1995年 隧道磁電阻TMR的發(fā)現(xiàn),T.Miyazaki原子的結(jié)構(gòu)電子的軌道磁矩PMLe1. 原子的磁

2、矩核外電子殼層：電子軌道磁矩 電子自旋磁矩核磁矩和核四極矩 MN=6.33x10-33Wbm 中子磁矩為-1.913MN的核磁矩 (中子衍射、中子散射)lmeMl20mePmeMs200眾所周知，電子軌道運(yùn)動(dòng)是量子化的，因而只有分立的軌道存在，換言之、角動(dòng)量是量子化的，并由下式給出 lP 玻爾磁子玻爾磁子(Bohr magneton)lMlmeMBL20自旋角動(dòng)量與自旋磁矩與自旋相聯(lián)系的角動(dòng)量的大小是/2，因而自旋角動(dòng)量可寫(xiě)為：sP 自旋磁矩PmeM0通常和角動(dòng)量之間的關(guān)系由下式給出：PmegM20這里g因子( g-factor)對(duì)自旋運(yùn)動(dòng)是2，而對(duì)軌道運(yùn)動(dòng)是1。sMsmexMBs2220lM

3、lmexMBL210不論是自旋磁矩，還是軌道磁矩，都是玻爾磁子MB的整數(shù)倍。PMse泡利不相容原理：泡利不相容原理：S S m3210 -1-2-3 L- S L+S電子填充未半滿(mǎn)時(shí)，軌道角動(dòng)量L和自旋角動(dòng)量 S都是由同樣的電子(如左圖是 5個(gè)自旋向上的電子)決定，因此是 L-S; 電子填充超過(guò)半滿(mǎn)時(shí)，軌道角動(dòng)量是由自旋向下的二個(gè)軌道決定L=5，而自旋角動(dòng)量是由未成對(duì)的另外五個(gè)電子決定，因此是L+S。J=L-sJ=L+sL3d4f三重態(tài)的電子云二重態(tài)電子云d 軌道電子的角動(dòng)量本征態(tài)d d 單位體積里含有N個(gè)原子，每個(gè)原子有Z個(gè)軌道電子時(shí)，磁化率為：a2是對(duì)所有軌道電子運(yùn)動(dòng)半徑a2的平均。 朗道

4、指出，在量子力學(xué)理論內(nèi)，外磁場(chǎng)使電子的能量量子化，從連續(xù)的能級(jí)變?yōu)椴贿B續(xù)的能級(jí)，而表現(xiàn)出抗磁性。3. 如血紅蛋白中的Fe2+無(wú)氧配位(靜脈血)是高自旋態(tài)，顯現(xiàn)順磁性；有氧配位(動(dòng)脈血)是低自旋態(tài)，顯現(xiàn)抗磁性。 計(jì)算系統(tǒng)的磁化強(qiáng)度：從半徑為一個(gè)單位的球心畫(huà)單位矢量表示原子磁矩系統(tǒng)的角分布，沒(méi)有磁場(chǎng)時(shí)磁矩方向均勻的分布在球面上(球面上的點(diǎn)是均勻分布)。相應(yīng)的磁化強(qiáng)度為 1exp1kTEEEff( 分子場(chǎng) ) BJ(a是布里淵函數(shù)。I =NgBJ BJ(a 在鐵磁性時(shí)，H+wI代替H。2/3220231)(fEmEdEEgNf對(duì)順磁性有貢獻(xiàn)的電子僅是在費(fèi)密面附近的電子.0)()(dEEgEfN溫度不

5、為零時(shí) 在鐵磁金屬中，分子場(chǎng)(交換場(chǎng))Hm約107Oe,比通常的外加磁場(chǎng)強(qiáng)102到103,因此能帶的劈裂比順磁金屬大得多。正自旋和負(fù)自旋能帶中的電子數(shù)為dEHMEfEgNmBf)()(dEHMEfEgNmBf)()(由這個(gè)能帶極化引起的磁化強(qiáng)度為)(NNMIB3d電子有部分成為4s自由電子，對(duì)磁性沒(méi)有貢獻(xiàn)Ni：4s 0.583d +spin 53d -spin 4.42 在反鐵磁性中，近鄰自旋反平行排列，它們的磁矩因而相互抵消。因此反鐵磁體不產(chǎn)生自發(fā)磁化磁矩，顯現(xiàn)微弱的磁性。反鐵磁的相對(duì)磁化率的數(shù)值為10-5到10-2。與順磁體不同的是 自旋結(jié)構(gòu)的有序化。自旋結(jié)構(gòu)的有序化。 當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，由于自旋間反平行耦合的作用，正負(fù)自旋轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向的轉(zhuǎn)矩很小，因而磁化率比順磁磁化率小。隨著溫度升高，有序的自旋結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，磁化率增加，這與正常順磁體的情況相反。然而在某個(gè)臨界溫度以上，自旋有序結(jié)構(gòu)完全消失，反鐵磁體變成通常的順磁體。因而磁化率在臨界溫度(稱(chēng)奈耳溫度Neel point)顯示出一個(gè)尖銳的極大值。PRL 96, 207204 (2006)