磁性物理學課件二

1、2022-2-141第一章：物質(zhì)磁性概述磁性物理學2022-2-1421-2 磁化狀態(tài)下磁體中的靜磁能量靜磁能：處于磁化狀態(tài)的磁體所具有的能量。-m+mmHF mHF lmjm1、磁偶極矩在外磁場中的靜磁能。 sinMHlLlFL磁力矩L做功，使jm向 減小的方向轉(zhuǎn)動磁力矩：)cos(cossin121212mlHdmlHLdW一、磁體中的磁場作用能。2022-2-143定義當=/2時，磁偶極矩的靜磁能為U(/2 )=0,HjmlHWumcos)(則：對比電子的電偶極矩的靜電能：EpUe2022-2-1442、宏觀磁體在磁場中的靜磁能。HjHjuUmmm)(單位體積內(nèi)的靜磁能（靜磁能密度）：H

2、MHJHVjVUFmH02022-2-145二、退磁場和退磁能。+-+mfdMdHH1. 退磁場概念2022-2-1462. 退磁因子MNHdN 退磁因子z,cx, ay, bNa+Nb+Nc=1 球形體： Na=Nb=Nc=1/3細長圓柱體： Na=Nb=1/2，Nc=0 薄圓板體： Na=Nb=0，Nc=1-m+mf=0+m12022-2-1472. 退磁場能量磁場在外磁場下所具有的能量密度：HMFH0定義：磁體在自身產(chǎn)生的退磁場中所具有 的能量密度退磁能MdHdFdd0MMddMdMNMdHF00002021NMFd2022-2-1482. 注意事項： （1）退磁能公式適用條件：均勻磁場

3、，F(xiàn)d僅與N有關(guān)， M為常數(shù)。 （2）在不同的磁化方向，退磁因子不同，具有的退 磁能也不同。因為形狀不同引起的能量各項異性成為形狀各項異性能。2022-2-149)(T 磁化率1-3 物質(zhì)按磁性分類磁性材料在磁場中磁化強度改變的過程磁化HM2022-2-1410 A.是否有固有原子磁矩？B.是否有相互作用？ C.是什么相互作用？ 1. 抗磁性：沒有固有原子磁矩 2. 順磁性：有固有磁矩，沒有相互作用 3. 鐵磁性：有固有磁矩，直接交換相互作用 4. 反鐵磁性：有磁矩，直接交換相互作用 5. 亜鐵磁性：有磁矩，間接交換相互作用 6. 自旋玻璃和混磁性： 7. 超順磁性：物質(zhì)磁性分類的原則2022

4、-2-1411 在與外磁場相反的方向誘導出磁化強度的現(xiàn)象稱為抗磁性。它出現(xiàn)在沒有原子磁矩的材料中，其抗磁磁化率是負的，而且很小，10-5。 產(chǎn)生的機理：外磁場穿過電子軌道時，引起的電磁感應(yīng)使軌道電子加速。根據(jù)楞次定律，由軌道電子的這種加速運動所引起的磁通，總是與外磁場變化相反，因而磁化率是負的。 半經(jīng)典理論：每個原子內(nèi)有Z個電子，每個電子有自己的運動軌道，在外磁場作用下，電子軌道繞H進動，進動頻率為w。稱為拉莫爾進動頻率。由于軌道面繞磁場H進動，使電子運動速度有一個變化dv。使電子軌道磁矩增加d，但方向與磁場H相反，使總的電子軌道磁矩減小。如果/2(電子旋轉(zhuǎn)方向相反),則進動使電子運動速度減小

5、，使在磁場H方向的磁矩減小，所得磁化率仍是負的?？傊捎诖艌鲎饔靡痣娮榆壍来啪販p小，表現(xiàn)出抗磁性。一、抗磁性2022-2-1412eHmr抗磁性示意圖2022-2-14131/T2022-2-1414 順磁性物質(zhì)的原子或離子具有一定的磁矩，這些原子磁矩耒源于未滿的電子殼層(例如過渡族元素的3d殼層)。在順磁性物質(zhì)中，磁性原子或離子分開的很遠，以致它們之間沒有明顯的相互作用，因而在沒有外磁場時，由于熱運動的作用，原子磁矩是無規(guī)混亂取向。當有外磁場作用時，原子磁矩有沿磁場方向取向的趨勢，從而呈現(xiàn)出正的磁化率，其數(shù)量級為105102。 順磁物質(zhì)的磁化率隨溫度的變化 (T)有兩種類型: 第一類遵從

6、居里定律： C/T C稱為居里常數(shù) 第二類遵從居里外斯定律： C/(T-p) p稱為順磁居里溫度如鐵磁性物質(zhì)在居里溫度以上的順磁性。二、順磁性2022-2-1415 順磁性磁矩T ( K )Tp2022-2-1416 鐵磁性的磁化特征： 低場下可以達到飽和磁化； 磁化率為正且數(shù)值極大；磁化強度M和磁場H之間是非線性的復(fù)雜函數(shù)；具有磁滯現(xiàn)象。 物質(zhì)具有鐵磁性的基本條件： (1)物質(zhì)中的原子有磁矩；(2)原子磁矩之間有相互作用。實驗事實：鐵磁性物質(zhì)在居里溫度以上是順磁性；居里溫度以下原子磁矩間的相互作用能大于熱振動能，顯現(xiàn)鐵磁性。三、鐵磁性2022-2-1417鐵磁性磁矩排列Tp1/T02022-

7、2-1418 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。 當施加外磁場時，由于自旋間反平行耦合的作用，正負自旋轉(zhuǎn)向磁場方向的轉(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(稱奈耳溫度Neel point)顯示出一個尖銳的極大值。四、反鐵磁性2022-2-14191/TNT20

8、22-2-1420 在亞鐵磁體中，A和B次晶格由不同的磁性原子占據(jù)，而且有 時由不同數(shù)目的原子占據(jù)，A和B位中的磁性原子成反平行耦合， 反鐵磁的自旋排列導致一個自旋未能完全抵消的自發(fā)磁化強度， 這樣的磁性稱為亜鐵磁性。五、亜鐵磁性2022-2-14211/TTCTP2022-2-14221/T1/T1/TTp1/TNT1/TTCTP 抗磁性 亞鐵磁性 反鐵磁性 鐵磁性 順磁性 六、判斷物質(zhì)磁性類型的方法2022-2-1423弱磁性：抗磁性，順磁性，反鐵磁性強磁性：鐵磁性，亞鐵磁性。七、弱磁性和強磁性2022-2-14241-2 磁性材料的磁化曲線和磁滯回線一、磁性材料在磁場中磁化強度改變的過程磁化