上讲回顾:典型能带的一些特征 能带结构测量方法 角分辨光电子能谱( ARPES) 典型能带 *惰性气体晶体 *离子晶体 *共价晶体 *金属 能带理论小结和例题讲解 http:/10.107.0.68/igchel 固体磁性
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 1 上讲回顾：典型能带的一些特征 • 能带结构测量方法 * 角分辨光电子能谱(ARPES) • 典型能带 * 惰性气体晶体 * 离子晶体 * 共价晶体 * 金属 • 能带理论小结和例题讲解
本讲目的:自发磁化的微观机理 固体磁性的物理 *能带理论解释 磁盘盘片 读写磁大 主轴 传动手鞋 传动轴 反力矩弹簧装置 http:/10.107.0.68/igchel 固体磁性
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 2 本讲目的：自发磁化的微观机理 • 固体磁性的物理 * 能带理论解释
第23讲、固体磁性 1.固体磁性分类 *顺磁性、逆磁性、反铁磁性、铁磁性、亚铁磁性 2.固体磁性来源 *原子磁矩、传导电子顺磁性、轨道磁矩 3.固体中离子和电子的磁性 4.分子场理论 5.交换作用模型 6.能带模型 http:/10.107.0.68/igchel 固体磁性
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 3 第23讲、固体磁性 1. 固体磁性分类 * 顺磁性、逆磁性、反铁磁性、铁磁性、亚铁磁性 2. 固体磁性来源 * 原子磁矩、传导电子顺磁性、轨道磁矩 3. 固体中离子和电子的磁性 4. 分子场理论 5. 交换作用模型 6. 能带模型
铁磁性 、固体磁性分类 顺磁性 抗磁性 抗磁性L完全抗磁性 H 抗磁性 顺磁性 按在外磁场下 顺磁性 的响应分类 *本质上,磁性 磁性 反铁磁性 是量子效应, 铁磁性 虽然在此之 前,已经有关 铁磁性 磁性现象规律 的经典的描写 亚铁磁性 微观 http:/10.107.0.68/igchel 固体磁性
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 4 1、固体磁性分类 • 按在外磁场下 的响应分类 * 本质上，磁性 是量子效应， 虽然在此之 前，已经有关 磁性现象规律 的经典的描写 * 微观！
B 顺磁性( paramagnetic M x H X~10-4~107 没有固有磁性;如果放在外磁场下,会产生与 外磁场取向相同的弱磁性 *原子磁矩间无相互作用。无外磁场时,热运动使原 子磁矩无规取向;有外磁场诱导时,原子磁矩取向 趋向磁场方向,导致较小的磁化强度M *x与温度成反比 ⊙o⊙⊙⊙⊙ ⊙⊙②o⊙⊙②⊙ ⊙⊙0⊙⊙⊙⊙⊙ ⊙⊙⊙⊙⊙⊙⊙ http:/10.107.0.68/igchel 回wT
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 5 顺磁性(paramagnetic) • χ~10-4~ 10-7 • 没有固有磁性；如果放在外磁场下，会产生与 外磁场取向相同的弱磁性 * 原子磁矩间无相互作用。无外磁场时，热运动使原 子磁矩无规取向；有外磁场诱导时，原子磁矩取向 趋向磁场方向，导致较小的磁化强度M * χ与温度成反比 H M B H M 0
与温度关系有两种类型 顺磁物质的磁化率随温度的变化x(T有两种 类型 1/x 1.遵从居里定律: C称为居里常数 T T(K) 2.遵从居里-外斯定律: *日称为顺磁居里温度 C x T(K) http:/10.107.0.68/igchel 固体磁性
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 6 与温度关系有两种类型 • 顺磁物质的磁化率随温度的变化(T)有两种 类型 1. 遵从居里定律： * C 称为居里常数 2. 遵从居里-外斯定律： * p称为顺磁居里温度 T ( K ) 1/ T ( K ) 1/ p T C T p C
逆(抗)磁性( diamagnetic B=4(+M) M x H X<0,104~107 无固有磁矩,加入外磁场 进动方向 后,被外磁场诱导 *半经典解释:外磁场穿过电子 轨道时,引起的电磁感应使轨 道电子加速;根据楞次定律 轨道面 由轨道电子的这种加速运动所 引起的磁通,总是与外磁场变 化相反,效果为屏蔽外磁场, 故磁化率是负的。常被比它大 投影 两个量级的顺磁性所掩盖 *与温度无关 ○O⊙ *量子: Landau能级 0ooO⊙⊙⊙⊙ 0ooO⊙⊙⊙⊙ hmp:10.107.0.68 inche 固体磁性 00oo⊙⊙⊙⊙
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 7 逆 ( 抗 )磁性(diamagnetic) • χ<0, 10-4~ 10-7 • 无固有磁矩，加入外磁场 后，被外磁场诱导 * 半经典解释：外磁场穿过电子 轨道时，引起的电磁感应使轨 道电子加速；根据楞次定律， 由轨道电子的这种加速运动所 引起的磁通，总是与外磁场变 化相反，效果为屏蔽外磁场， 故磁化率是负的。常被比它大 一两个量级的顺磁性所掩盖 * 与温度无关 * 量子：Landau能级 H M B H M 0
反铁磁性( antiferromagnetic B h+M M x H ~10-4105 *过渡金属氧化物合金如MnO,CrO,C0O等 属磁有序,但很弱 *与温度有关,温度低于T时,相邻原子的磁矩反平 行排列,能量有利,磁矩互相抵消,总磁矩为零 *温度高于T时呈顺磁性 T+T http:/10.107.0.68/igchel 固体磁性
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 8 反铁磁性(antiferromagnetic) • χ~ 10-4~ 10-5 * 过渡金属氧化物合金如MnO，CrO，CoO等 • 属磁有序，但很弱 * 与温度有关，温度低于TN时，相邻原子的磁矩反平 行排列，能量有利，磁矩互相抵消，总磁矩为零 * 温度高于TN时呈顺磁性 T TN C H M B H M 0
B H+ 铁磁性( ferromagnetic M x °~10~105 *典型的有Fe,Co,Ni等,易饱和 °属磁有序,自发磁化(无外磁场的磁化),很强 *与温度有关,低于T时原子磁矩平行排列 *温度高于T时呈顺磁性 *原子磁矩相互作用,平行排列能量更有利 一一一 http:/10.107.0.68/igchel 固体磁性
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 9 铁磁性(ferromagnetic) • χ~100~ 105 * 典型的有Fe，Co，Ni等，易饱和 • 属磁有序，自发磁化(无外磁场的磁化)，很强 * 与温度有关，低于TC时原子磁矩平行排列 * 温度高于TC时呈顺磁性 * 原子磁矩相互作用，平行排列能量更有利 T TC C H M B H M 0
B=1(+ 亚铁磁性( ferrimagnetic Z= x~100~105 *一般是合金,典型如铁氧体Fe3O4,易饱和 °属磁有序,自发磁化(无外磁场的磁化),很强 *与温度有关,低于T时,原胞中等价原子(俗称子晶 格)磁矩反平行排列,但由于不同原子磁矩大小不 ,所以总磁矩不为零 *温度高于T时呈顺磁性 *相互作用同铁磁性 http:/10.107.0.68/igchel 固体磁性
http://10.107.0.68/~jgche/ 固体磁性 10 亚铁磁性(ferrimagnetic) • χ~ 100~ 105 * 一般是合金，典型如铁氧体Fe3O4，易饱和 • 属磁有序，自发磁化(无外磁场的磁化)，很强 * 与温度有关，低于TC时，原胞中等价原子(俗称子晶 格)磁矩反平行排列，但由于不同原子磁矩大小不 一，所以总磁矩不为零 * 温度高于TC时呈顺磁性 * 相互作用同铁磁性 H M B H M 0 T TC C