第八章固体的磁性 磁性质是固体的重要性质之一,人类社会对固体磁性质的认识和应用有悠久的历 史,如中国古代发明的司南(指南针),以及在此基础上加以改进,被广泛用于航海事 业上的罗盘等。 对固体磁性的研究作为一门科学,到19世纪前半期得以发展。如奥斯特( Oersted) 在1820年发现的电流的磁效应,揭示了电与磁的联系。1820年末,安培( Ampere)在 环形电流磁效应的实验基础上,提出了著名的“分子电流”假说,预言了原子和物质的 磁性的现代电子理论,奠定了现代磁学的理论基础。1831年,法拉弟( M. Faraday)发 现了电磁感应定律,揭示了电与磁的内在联系。麦克斯韦( Maxwell))进一步发展了法 拉弟的思想,用数学的形式建立起描写电磁联系的严密的电磁场理论,即麦克斯韦方程 组。法拉弟通过实验确定了固体的抗磁性和顺磁性,居里( Curie)进一步研究了抗磁性 和顺磁性与温度的关系,朗之万( Langevin)利用拉莫( Lamor)进动和洛仑兹电子理 论,对上述两种磁学现象作出了解释。 对固体磁性的认识直接涉及物质结构的基本研究。在原子物理学和量子力学的基础 上,对“分子电流”有了深刻的认识,同时确立了电子的自旋磁矩,为固体磁性的新理 论奠定了基础。现代科学技术的高速发展,实验物理技术提供的新的条件,推动了铁磁 性、亚铁磁性、反铁磁性等基本理论研究。 固体磁性涉及十分广泛的领域,本章着重介绍有关的基本知识 §8.1原子的磁矩 原子的磁矩是固体磁性的基础,按照原子理论,孤立原子的磁矩来源于电子绕原子 核运动的轨道磁矩、电子的自旋运动的自旋磁矩以及原子核的磁矩 8.1.1原子的磁矩 1.电子轨道运动的磁矩 为简单起见,讨论一个电子绕原子核作轨道运动的情形。设电子以角速度o绕原子 核作轨道运动,形成半径是r的一个圆周轨道,轨道的面积A=m2,因为电子具有电荷-e 电子的轨道运动相当于一个环形电流 其中T是电子轨道运动的周期,T=第八章 固体的磁性 磁性质是固体的重要性质之一，人类社会对固体磁性质的认识和应用有悠久的历 史，如中国古代发明的司南（指南针），以及在此基础上加以改进，被广泛用于航海事 业上的罗盘等。 对固体磁性的研究作为一门科学，到 19 世纪前半期得以发展。如奥斯特（Oersted） 在 1820 年发现的电流的磁效应，揭示了电与磁的联系。1820 年末，安培（Ampere）在 环形电流磁效应的实验基础上，提出了著名的“分子电流”假说，预言了原子和物质的 磁性的现代电子理论，奠定了现代磁学的理论基础。1831 年，法拉弟（M.Faraday）发 现了电磁感应定律，揭示了电与磁的内在联系。麦克斯韦（Maxwell）进一步发展了法 拉弟的思想，用数学的形式建立起描写电磁联系的严密的电磁场理论，即麦克斯韦方程 组。法拉弟通过实验确定了固体的抗磁性和顺磁性，居里（Curie）进一步研究了抗磁性 和顺磁性与温度的关系，朗之万（Langevin）利用拉莫（Lamor）进动和洛仑兹电子理 论，对上述两种磁学现象作出了解释。 对固体磁性的认识直接涉及物质结构的基本研究。在原子物理学和量子力学的基础 上，对“分子电流”有了深刻的认识，同时确立了电子的自旋磁矩，为固体磁性的新理 论奠定了基础。现代科学技术的高速发展，实验物理技术提供的新的条件，推动了铁磁 性、亚铁磁性、反铁磁性等基本理论研究。 固体磁性涉及十分广泛的领域，本章着重介绍有关的基本知识。 §8.1 原子的磁矩 原子的磁矩是固体磁性的基础，按照原子理论，孤立原子的磁矩来源于电子绕原子 核运动的轨道磁矩、电子的自旋运动的自旋磁矩以及原子核的磁矩。 8.1.1 原子的磁矩 1. 电子轨道运动的磁矩 为简单起见，讨论一个电子绕原子核作轨道运动的情形。设电子以角速度ω绕原子 核作轨道运动，形成半径是r的一个圆周轨道，轨道的面积A = πr 2 ，因为电子具有电荷-e， 电子的轨道运动相当于一个环形电流 π ω 2 e T e i −=−= （8.1） 其中 T 是电子轨道运动的周期， ω 2π T = 。 1