磁性物理復(fù)習(xí)資料

1、磁性物理一、名詞解釋1. 元磁偶極子：指強(qiáng)度相等，極性相反并且其距離無限接近的一對(duì)“磁荷”。2. 磁場(chǎng)強(qiáng)度H：為單位點(diǎn)電荷在該處所受的磁場(chǎng)力的大小，方向與正磁荷在該處所受磁場(chǎng)力方向一致。3. 磁矩：磁偶極子磁性大小方向可以用磁矩來表示，磁矩定義為磁偶極子等效的平面回路的電流和回路面積的乘積，即µm=iS4. 磁化強(qiáng)度（M）：是描述宏觀磁體強(qiáng)弱程度的物理量。5. 磁感應(yīng)強(qiáng)度：描述磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向的物理量，是矢量。6. 磁化曲線：表示物質(zhì)中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H與所感應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的關(guān)系。7. 磁滯回線：在磁場(chǎng)中，鐵磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系可用曲線來表示，當(dāng)磁化磁場(chǎng)作周期性變化時(shí)，鐵磁

2、體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系是一條閉合線，這條閉合線叫做磁滯回線。8. 磁化率：表征磁介質(zhì)屬性的物理量。9. 磁導(dǎo)率：又稱導(dǎo)磁系數(shù)，是衡量物質(zhì)的導(dǎo)磁性能的一個(gè)物理量，可通過測(cè)取同一點(diǎn)的B、H值確定。10. 退磁場(chǎng)：有限幾何尺寸的磁體在外磁場(chǎng)中被磁化后，表面將產(chǎn)生磁極，從而使磁體內(nèi)部存在與磁化強(qiáng)度M方向相反的一種磁場(chǎng)，起減退磁化的作用，稱為退磁場(chǎng)Hd。11. 交換能（Fex）：電子自旋間的交換相互作用產(chǎn)生的能量。12. 磁晶各向異性能（Fk）：鐵磁體內(nèi)晶體場(chǎng)對(duì)軌道電子間的作用、電子的軌道磁矩與自旋磁矩間的耦合效應(yīng)所產(chǎn)生的能量。13. 磁應(yīng)力能（F）：鐵磁體內(nèi)磁性和彈性（形變）相互作用所引起的

3、能量（又稱為磁彈性應(yīng)力能）。14. 退磁場(chǎng)能（Fd）：鐵磁體與其自身所產(chǎn)生的退磁場(chǎng)之間的相互作用能。15. 靜磁能（FH）：鐵磁體與外磁場(chǎng)之間的相互作用產(chǎn)生的能量。16. 磁致伸縮現(xiàn)象：鐵磁晶體由于磁化狀態(tài)的改變，其長(zhǎng)度或體積都要發(fā)生微小的變化，這種現(xiàn)象叫磁致伸縮現(xiàn)象。17. 磁疇：指鐵磁體材料在自發(fā)磁化的過程中為降低靜磁能而產(chǎn)生分化的方向各異的小型磁化區(qū)域。18. 自發(fā)磁化：磁有序物質(zhì)在無外加磁場(chǎng)的情況下，由于近鄰原子間電子的交換作用或其他相互作用，使物質(zhì)中各原子的磁矩在一定空間范圍內(nèi)呈現(xiàn)有序排列而達(dá)到的磁化，稱為自發(fā)磁化19. 技術(shù)磁化： 技術(shù)磁化闡述的是關(guān)于鐵磁質(zhì)在整個(gè)磁化過程中磁化行為

4、的機(jī)理，即闡明了在外磁場(chǎng)作用下，磁疇是通過何種機(jī)制逐漸趨向外磁場(chǎng)方向的。20. 疇壁：各個(gè)磁疇之間的交界處稱為疇壁。21. 疇壁位移：在有外場(chǎng)作用下，自發(fā)磁化方向接近于H方向的磁疇長(zhǎng)大，而與H方向偏離較大的近鄰磁疇相應(yīng)縮小，從而使疇壁發(fā)生位置變化，這個(gè)磁化過程稱為疇壁位移22. 磁泡： 在消磁狀態(tài)下，若外加向上的磁場(chǎng)，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，向下的磁疇逐漸減小，從達(dá)到某一磁場(chǎng)強(qiáng)度開始出現(xiàn)圓柱狀磁疇，由于其形狀有如泡狀，故稱其為磁泡。23. Neel壁：磁矩平行于薄膜表面逐漸過渡。特點(diǎn)：疇壁面上無自由磁極出現(xiàn)，保證了在疇壁上不會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng)能，也能保持疇壁能為極?。坏窃诰w的上下表面上卻不可避免地會(huì)出

5、現(xiàn)表面磁荷。24. Bloch壁：磁矩的過渡方式始終保持平行于疇壁平面。特點(diǎn)：疇壁面上無自由磁極出現(xiàn)，保證了在疇壁上不會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng)能，也能保持疇壁能為極小但在晶體的上下表面上卻不可避免地會(huì)出現(xiàn)表面磁荷。25. 單疇顆粒：大塊材料以多疇結(jié)構(gòu)最為穩(wěn)定，只有在很強(qiáng)的外磁場(chǎng)作用下，才被磁化至飽和，整塊材料的磁矩基本上取同一磁化方向，近似于一個(gè)單疇。26. 居里溫度： 磁矩的有序排列由于熱擾動(dòng)被完全破壞時(shí)的溫度。（磁滯回線對(duì)溫度是很敏感的，特別是鐵磁體，由于其自發(fā)磁化對(duì)溫度的相關(guān)性，造成磁滯回線相對(duì)于溫度變化的一系列特征。）鐵磁性材料的自發(fā)磁化Ms在居里點(diǎn)Tc發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，Tc以下為鐵磁性，Tc以上鐵磁

6、性消失。二、簡(jiǎn)答題27. 內(nèi)稟矯頑力和磁感矯頑力的區(qū)別與聯(lián)系？矯頑力分為磁感矯頑力（Hcb）和內(nèi)稟矯頑力（Hcj）。磁體在反向充磁時(shí)，使磁感應(yīng)強(qiáng)度B降為零所需反向磁場(chǎng)強(qiáng)度的值稱之為磁感矯頑力。但此時(shí)磁體的磁化強(qiáng)度并不為零，只是所加的反向磁場(chǎng)與磁體的磁化強(qiáng)度作用相互抵消。（對(duì)外磁感應(yīng)強(qiáng)度表現(xiàn)為零）此時(shí)若撤消外磁場(chǎng)，磁體仍具有一定的磁性能。使磁體的磁化強(qiáng)度M降為零所需施加的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度，我們稱之為內(nèi)稟矯頑力。內(nèi)稟矯頑力是衡量磁體抗退磁能力的一個(gè)物理量，是表示材料中的磁化強(qiáng)度M退到零的矯頑力。在磁體使用中，磁體矯頑力越高，溫度穩(wěn)定性越好。28. 什么是退磁場(chǎng)？如何克服？產(chǎn)生：當(dāng)一個(gè)有限大小的樣品被外

7、磁場(chǎng)磁化時(shí)，在他兩端出現(xiàn)的自由磁極將產(chǎn)生一個(gè)與磁化強(qiáng)度方向相反的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)被稱為退磁場(chǎng)。退磁場(chǎng)Hd的強(qiáng)度與磁體的形狀及磁極的強(qiáng)度有關(guān)?？朔阂?yàn)橥舜艌?chǎng)只與材料的尺寸有關(guān)，短而粗的樣品，退磁場(chǎng)就很大，因此可以將樣品做成長(zhǎng)而細(xì)的形狀，退磁場(chǎng)就將會(huì)減小。然而實(shí)際工作中，材料的尺寸收到限制，因此不可避免的受到退磁場(chǎng)的影響。29. 物質(zhì)按磁性可分為幾類？各類磁性的-T關(guān)系曲線怎樣？抗磁性物質(zhì)： 30. 兩種單位制的背景和關(guān)系？SI單位制：主要磁學(xué)量都用電流的磁效應(yīng)來定義，其中磁感應(yīng)強(qiáng)度B為主導(dǎo)量（凡涉及到與其他物理量的相互作用，都必須使用B）。磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義可由安培公式得出：根據(jù)安培環(huán)路定理可定義

8、磁場(chǎng)強(qiáng)度H： H為導(dǎo)出量，僅用于計(jì)算傳導(dǎo)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，不能代表磁場(chǎng)強(qiáng)度與外界發(fā)生作用。Guass單位制（絕對(duì)電磁單位制）：早年使用的單位制，所有的磁學(xué)量都是通過磁偶極子的概念建立起來的。其中磁化強(qiáng)度M被定義為：?jiǎn)挝唬篏uass。磁場(chǎng)強(qiáng)度H被定義為：?jiǎn)挝唬篛e。引入磁感應(yīng)強(qiáng)度B，使之滿足如下關(guān)系：在Guass單位制中，M 和H 都有明確的物理意義，是基本物理量，而B只是一個(gè)導(dǎo)出量。三、計(jì)算論述題31. 某一鐵的旋轉(zhuǎn)橢球長(zhǎng)軸為1毫米，短軸直徑為0.1毫米，飽和磁環(huán)強(qiáng)度為u0Ms=2.1T,求長(zhǎng)軸和短軸方向的退磁場(chǎng)。解:長(zhǎng)軸/短軸=1/0.1=10查表可知，當(dāng)橢球的的縱橫比為10時(shí)，沿長(zhǎng)軸的退磁

9、因子Nz=0.0203，又Nx+Ny+Nz=1，所以Nx=Ny=0.48985.由退磁場(chǎng)公式：長(zhǎng)軸退磁場(chǎng)Hd1=NMs=0.0203*2.1=0.04263Am同理短軸退磁場(chǎng)Hd2=1.0286859Am32. 晶體場(chǎng)理論的基本思想：認(rèn)為中心離子的電子波函數(shù)與周圍離子（配位子）的電子波函數(shù)不相重疊，因而把組成晶體的離子分為兩部分：基本部分是中心離子，將其磁性殼層的電子作量子化處理；非基本部分是周圍配位離子，將其作為產(chǎn)生靜電場(chǎng)的經(jīng)典處理。配位子所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)等價(jià)為一個(gè)勢(shì)場(chǎng)晶體場(chǎng)。33. 晶體中的晶體場(chǎng)效應(yīng)：a、晶體場(chǎng)對(duì)磁性離子軌道角動(dòng)量的直接作用：引起能級(jí)分裂使簡(jiǎn)并度部分或完全解除，導(dǎo)致軌道角動(dòng)

10、量的取向處于被凍結(jié)狀態(tài)。b、晶體場(chǎng)對(duì)磁性離子自旋角動(dòng)量的間接作用：通過軌道與自旋耦合來實(shí)現(xiàn)。常溫下，晶體中自旋是自由的，但軌道運(yùn)動(dòng)受晶體場(chǎng)控制，由于自旋軌道耦合和晶體場(chǎng)作用的聯(lián)合效應(yīng)，導(dǎo)致單離子的磁各向異性。34. 順磁性物質(zhì)的特點(diǎn)：（1）順磁性物質(zhì)是一類> 0的弱磁性物質(zhì)；（2）順磁性物質(zhì)的原子或離子具有一定的固有磁矩，這些原子磁矩來源于未滿的電子殼層（例如過渡族元素的3d殼層）；（3）在順磁性物質(zhì)中，磁性原子或離子分開的很遠(yuǎn)，以致它們之間沒有明顯的相互作用，因而在沒有外磁場(chǎng)時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的作用，原子磁矩是無規(guī)混亂取向；（4）當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，原子磁矩有沿磁場(chǎng)方向取向的趨勢(shì)，從而呈現(xiàn)出

11、正的磁化率，其數(shù)量級(jí)為=10-510-2。35. 鐵磁性物質(zhì)的基本特征：(1)、鐵磁性物質(zhì)內(nèi)存在按磁疇分布的自發(fā)磁化；(2)、鐵磁性物質(zhì)的磁化率很大；(3)、鐵磁性物質(zhì)的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度之間不是單值函數(shù)關(guān)系，顯示磁滯現(xiàn)象，具有剩余磁化強(qiáng)度，其磁化率都是磁場(chǎng)強(qiáng)度的函數(shù)；(4)、鐵磁性物質(zhì)有一個(gè)磁性轉(zhuǎn)變溫度-居里溫度TC；(5)、鐵磁性物質(zhì)在磁化過程中，表現(xiàn)為磁晶各向異性和磁致伸縮現(xiàn)象；36. 物質(zhì)具有鐵磁性的基本條件：(1) 物質(zhì)中的原子有固有磁矩µJ；(2) 原子磁矩之間有相互作用。實(shí)驗(yàn)事實(shí)：鐵磁性物質(zhì)在居里溫度(TC)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(dòng)能，

12、顯現(xiàn)鐵磁性。37. 鐵具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為2.87Å，原子量為55.85，密度為7.86 g/cm3，居里溫度TC為1043K；飽和磁化強(qiáng)度為MS(0)為1740×90 A/m，單原子的有效玻爾磁子數(shù)為2.2，試估算鐵的：（1）Weiss分子場(chǎng)系數(shù)g；（2）居里常數(shù)；（3）分子場(chǎng)強(qiáng)度38. 自發(fā)磁化的物理本質(zhì)是什么？物質(zhì)具有海森堡模型的鐵磁性的充要條件是哪些？鐵磁體自發(fā)磁化的本質(zhì)是電子間的靜電交換相互作用。由海森堡交換作用模型可以得出物質(zhì)具有鐵磁性的必要條件是（1）材料原子中具有未充滿的電子殼層即原子磁矩（2）充要條件是交換能積分常數(shù)A>0。39. 鐵（金

13、屬）原子的玻爾磁子數(shù)為2.22，鐵原子量為55.9，密度為7.86×103kg·m-3，求出在0K下的飽和磁化強(qiáng)度。40. 交換作用能的物理意義：（1）原子間的交換相互作用能是鐵磁性物質(zhì)自發(fā)磁化的起源；當(dāng)鐵磁體中自旋不完全平行時(shí)，自旋取向的梯度函數(shù)不等于零，鐵磁體中的交換能密度是增加的，因此Fex總是正值 ；（3）當(dāng)不考慮自旋-軌道耦合時(shí)，鐵磁體中交換相互作用僅僅只依賴于相鄰原子自旋間的夾角，而與自旋取什么方向無關(guān)，所以交換作用能是各向同性的。41. 磁晶各向異性能的物理意義：鐵磁體中自發(fā)磁化矢量和磁疇的分布取向不會(huì)是任意的，而是傾向于取在磁晶各向異性能為最小的各個(gè)易磁化軸

14、的方向上，此時(shí)處于最穩(wěn)定的狀態(tài)。42. 磁致伸縮現(xiàn)象的來源：是由于原子或離子的自旋與軌道的耦合作用而產(chǎn)生的。其產(chǎn)生是由于要滿足能量最小條件的必然結(jié)果，即如果鐵磁晶體的變形大小和性質(zhì)能夠?qū)е缕淇偰芰康扔跇O小值，則這種變形就會(huì)產(chǎn)生。磁致伸縮是由自旋與軌道耦合能和物質(zhì)的彈性能之間平衡而產(chǎn)生的。簡(jiǎn)而言之，磁致伸縮起源于晶體場(chǎng)、自旋-軌道耦合以及彈性形變的聯(lián)合效應(yīng)。43. 磁疇的成因：交換作用使近鄰原子的自旋磁矩取向相同，造成自發(fā)磁化，磁晶各向異性能使自發(fā)磁化的方向保持在易磁化軸方向。因此，當(dāng)整個(gè)晶體自發(fā)磁化到飽和并磁化矢量沿晶體的某磁化軸方向時(shí)，以上兩種能量都達(dá)到極小值。也就是說交換能和磁晶各向異性能

15、不會(huì)導(dǎo)致磁疇的產(chǎn)生。但是，所有鐵磁晶體都有一定的大小和形狀，整個(gè)晶體均勻磁化的結(jié)果必然在其兩端產(chǎn)生磁極，磁極產(chǎn)生的退磁場(chǎng)將增加退磁場(chǎng)能，為了減少退磁場(chǎng)能，晶體分為若干磁疇，這是磁疇形成的主要原因。44. 計(jì)算立方晶體單疇顆粒的臨界尺寸。45. 磁疇的觀察技術(shù)有哪些？粉紋法；磁光效應(yīng)法；透射電鏡及掃描電鏡法；X 光成像法；中子衍射法以及新近發(fā)展的磁力顯微鏡法和 X 光磁二色性顯微技術(shù)等。46. 什么是磁疇？什么是磁疇壁？為什么會(huì)形成磁疇？磁疇的數(shù)目由什么條件決定？鐵磁體由于交換相互作用(鐵磁性)、超交換相互作用(亞鐵磁性)，致使原子磁矩呈平行或反平行排列，這樣就可能殘留稱為自發(fā)磁化強(qiáng)度的有效磁化成分(磁疇的成因)，其三維區(qū)域稱為磁疇，實(shí)際的磁疇都具有一定的幾何尺寸大小，彼此為自發(fā)磁化強(qiáng)度大小和方向各異的區(qū)域，磁疇之間的邊界稱為磁疇壁。鐵磁體產(chǎn)生磁疇，實(shí)質(zhì)是自發(fā)磁化平衡分布要滿足能量最小原理