B=0(H+M) 第19讲、固体磁性 l、固体磁性分类弱磁性 1.固休磁性分类 ·顺性:x~10410-7 2.磁性来源—原子磁矩 场时,原子磁矩无规取向 场诱导,磁 3.磁性来源—传导电子顺融性 向的矩数目增加,导致较小的磁化盈M 4.固体中离子和电子的職性 与温度成反比 5.分子场理论 逆(抗)磁性:x<0,~104~107 常被比它大一两个量级的顺嚇性所掩盖,来源于内 6.交换作用模型 更,故受外场影响变化,感应, 7.能带模型 ·反铁職性:x~104-105,属有序弱磁性 专题:自发磁化的微观机理:自旋磁矩占主,来 过液命属氧化粉合金如MnO,CrO,CoO等 源于电子交换相互作用 温度高于r时呈嚇性,温度低于T时,原子磁矩 反平行排列,互相抵消,总磁矩为零 种p∥45.2413che國体学 种中45243 固体磁性分类强磁性z 磁降、磁化曲线和磁滞回线 铁職性:x~100~105 自发磁化出现在大块職体的微小区城内— 典型的有Fe,Co,N等,易饱和 呈取嚇性,低于T时原子磁矩平行排 ·未加外嚇场时,各磁的自发磁化矢量并不在同一 说能带中正负自旋的电子数不等,来自于 方向上,但合成的总磁化强度为零 自发磁化(无外磁场的磁化) 外加磁场后,磁新取向,导致了磁化 亚铁磁性:x~10°~105 #磁化曲线 合金,典型如铁氧体Fe3O4易饱和 #磁滞回线 仔T时呈顺磁性,低于T时原子磁矩反平行 #使所有磁畸在一个方向时,磁饱和 但由于不同原子磁矩大小不一,所以总磁矩 不为零。亦属自发磁化 45.24112gche园体制学 趣452413 binche体嚼理学 2、磁性来源—原子磁矩 Hund定则和交换作用 磁性是量子效应 ·如采未滿壳层电子的总轨道角动量、总自旋 电子的交换作用 角动量和总角动量分别为L、S和/,Iund定 自由原子的磁矩有三个来源 则是,基态时 1.电子自旋磁矩 1.取Pau原理允许的S最大 2.电子轨道磁矩即绕运动 2.满足1时,取最大 3.外加磁场感应的轨道磁矩的改变 另外,还有原子核矩,非常小,1200,可忽略 粤手的率时最1154:电子对 前两个是磁性的来源 体时,类似于第1条。比如,第1个电子先 填充最低的轨道,第2个电子填充取决于能级 动量和总自旋角动量都为 差与交换能的大小关系→交换模型 E=-2∑4SSg 种45.2413yche是学2 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 7 第19讲、固体磁性 1. 固体磁性分类 2. 磁性来源——原子磁矩 3. 磁性来源——传导电子顺磁性 4. 固体中离子和电子的磁性 5. 分子场理论 6. 交换作用模型 7. 能带模型 专题：自发磁化的微观机理：自旋磁矩占主，来 源于电子交换相互作用 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 8 1、固体磁性分类——弱磁性 • 顺磁性：χ~ 10-4~ 10-7 * 无外磁场时，原子磁矩无规取向，有外场诱导，磁 场方向的磁矩数目增加，导致较小的磁化强度M。 与温度成反比 • 逆(抗)磁性： χ<0, ~10-4~ 10-7 * 常被比它大一两个量级的顺磁性所掩盖，来源于内 层电子绕核运动磁矩，故受外场影响变化，感应， 逆向 • 反铁磁性：χ~ 10-4~ 10-5，属磁有序弱磁性 * 过渡金属氧化物合金如MnO，CrO，CoO等 * 温度高于Tn时呈顺磁性，温度低于TN时，原子磁矩 反平行排列，互相抵消，总磁矩为零 ( ) H M B H M = = + χ μ0 T C χ = T TN C + χ = http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 9 固体磁性分类——强磁性 • 铁磁性：χ~100~ 105 * 典型的有Fe，Co，Ni等，易饱和 * 温度高于TC时呈顺磁性，低于TC时原子磁矩平行排 列，或者说能带中正负自旋的电子数不等，来自于 自发磁化（无外磁场的磁化） • 亚铁磁性： χ~ 100~ 105 * 一般是合金，典型如铁氧体Fe3O4，易饱和 * 温度高于TC时呈顺磁性，低于TC时原子磁矩反平行 排列，但由于不同原子磁矩大小不一，所以总磁矩 不为零。亦属自发磁化 T TC C − χ = http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 10 磁畴、磁化曲线和磁滞回线 • 自发磁化出现在大块磁体的微小区域内——磁 畴 * 未加外磁场时，各磁畴的自发磁化矢量并不在同一 方向上，但合成的总磁化强度为零 * 外加磁场后，磁畴重新取向，导致了磁化 # 磁化曲线 # 磁滞回线 # 使所有磁畴在一个方向时，磁饱和 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 11 2、磁性来源——原子磁矩 • 磁性是量子效应 * 电子的交换作用 • 自由原子的磁矩有三个来源 1. 电子自旋磁矩 2. 电子轨道磁矩(即绕核运动) 3. 外加磁场感应的轨道磁矩的改变 * 另外，还有原子核磁矩，非常小，1/2000，可忽略 * 前两个是顺磁性的来源 * 后一个是抗磁性的来源 * 满壳层电子的总轨道角动量和总自旋角动量都为 零，所以对原子磁矩没有贡献 Hund定则和交换作用 • 如果未满壳层电子的总轨道角动量、总自旋 角动量和总角动量分别为L、S和J， Hund定 则是，基态时 1. 取Pauli原理允许的S最大 2. 满足1时，取L最大 3. 电子少于满壳层的一半时，取J=|L-S|；电子大于 等于满壳层的一半时，取J=|L+S| • 固体时，类似于第1条。比如，第1个电子先 填充最低的轨道，第2个电子填充取决于能级 差与交换能的大小关系Æ交换模型 = − ∑ • Eex 2 AijSiα Siβ ΔE < Eex