磁性物理学课件二

1、2022-6-71第一章：物质磁性概述磁性物理学2022-6-721-2 磁化状态下磁体中的静磁能量静磁能：处于磁化状态的磁体所具有的能量。-m+mmHF mHF lmjm1、磁偶极矩在外磁场中的静磁能。 sinMHlLlFL磁力矩L做功，使jm向 减小的方向转动磁力矩：)cos(cossin121212mlHdmlHLdW一、磁体中的磁场作用能。2022-6-73定义当=/2时，磁偶极矩的静磁能为U(/2 )=0,HjmlHWumcos)(则：对比电子的电偶极矩的静电能：EpUe2022-6-742、宏观磁体在磁场中的静磁能。HjHjuUmmm)(单位体积内的静磁能（静磁能密度）：HMHJH

2、VjVUFmH02022-6-75二、退磁场和退磁能。+-+mfdMdHH1. 退磁场概念2022-6-762. 退磁因子MNHdN 退磁因子z,cx, ay, bNa+Nb+Nc=1 球形体： Na=Nb=Nc=1/3细长圆柱体： Na=Nb=1/2，Nc=0 薄圆板体： Na=Nb=0，Nc=1-m+mf=0+m12022-6-772. 退磁场能量磁场在外磁场下所具有的能量密度：HMFH0定义：磁体在自身产生的退磁场中所具有 的能量密度退磁能MdHdFdd0MMddMdMNMdHF00002021NMFd2022-6-782. 注意事项： （1）退磁能公式适用条件：均匀磁场，Fd仅与N有关

3、， M为常数。 （2）在不同的磁化方向，退磁因子不同，具有的退 磁能也不同。因为形状不同引起的能量各项异性成为形状各项异性能。2022-6-79)(T 磁化率1-3 物质按磁性分类磁性材料在磁场中磁化强度改变的过程磁化HM2022-6-710 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：没有固有原子磁矩 2. 顺磁性：有固有磁矩，没有相互作用 3. 铁磁性：有固有磁矩，直接交换相互作用 4. 反铁磁性：有磁矩，直接交换相互作用 5. 亜铁磁性：有磁矩，间接交换相互作用 6. 自旋玻璃和混磁性： 7. 超顺磁性：物质磁性分类的原则2022-6-711 在与外

4、磁场相反的方向诱导出磁化强度的现象称为抗磁性。它出现在没有原子磁矩的材料中，其抗磁磁化率是负的，而且很小，10-5。 产生的机理：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，因而磁化率是负的。 半经典理论：每个原子内有Z个电子，每个电子有自己的运动轨道，在外磁场作用下，电子轨道绕H进动，进动频率为w。称为拉莫尔进动频率。由于轨道面绕磁场H进动，使电子运动速度有一个变化dv。使电子轨道磁矩增加d，但方向与磁场H相反，使总的电子轨道磁矩减小。如果/2(电子旋转方向相反),则进动使电子运动速度减小，使在磁场H方向的磁矩

5、减小，所得磁化率仍是负的。总之，由于磁场作用引起电子轨道磁矩减小，表现出抗磁性。一、抗磁性2022-6-712eHmr抗磁性示意图2022-6-7131/T2022-6-714 顺磁性物质的原子或离子具有一定的磁矩，这些原子磁矩耒源于未满的电子壳层(例如过渡族元素的3d壳层)。在顺磁性物质中，磁性原子或离子分开的很远，以致它们之间没有明显的相互作用，因而在没有外磁场时，由于热运动的作用，原子磁矩是无规混乱取向。当有外磁场作用时，原子磁矩有沿磁场方向取向的趋势，从而呈现出正的磁化率，其数量级为105102。 顺磁物质的磁化率随温度的变化 (T)有两种类型: 第一类遵从居里定律： C/T C称为居

6、里常数 第二类遵从居里外斯定律： C/(T-p) p称为顺磁居里温度如铁磁性物质在居里温度以上的顺磁性。二、顺磁性2022-6-715 顺磁性磁矩T ( K )Tp2022-6-716 铁磁性的磁化特征： 低场下可以达到饱和磁化； 磁化率为正且数值极大；磁化强度M和磁场H之间是非线性的复杂函数；具有磁滞现象。 物质具有铁磁性的基本条件： (1)物质中的原子有磁矩；(2)原子磁矩之间有相互作用。实验事实：铁磁性物质在居里温度以上是顺磁性；居里温度以下原子磁矩间的相互作用能大于热振动能，显现铁磁性。三、铁磁性2022-6-717铁磁性磁矩排列Tp1/T02022-6-718 在反铁磁性中，近邻自旋

7、反平行排列，它们的磁矩因而相互抵消。因此反铁磁体不产生自发磁化磁矩，显现微弱的磁性。反铁磁的相对磁化率的数值为10-5到10-2。与顺磁体不同的是 自旋结构的有序化。自旋结构的有序化。 当施加外磁场时，由于自旋间反平行耦合的作用，正负自旋转向磁场方向的转矩很小，因而磁化率比顺磁磁化率小。随着温度升高，有序的自旋结构逐渐被破坏，磁化率增加，这与正常顺磁体的情况相反。然而在某个临界温度以上，自旋有序结构完全消失，反铁磁体变成通常的顺磁体。因而磁化率在临界温度(称奈耳温度Neel point)显示出一个尖锐的极大值。四、反铁磁性2022-6-7191/TNT2022-6-720 在亚铁磁体中，A和B次晶格由不同的磁性原子占据，而且有 时由不同数目的原子占据，A和B位中的磁性原子成反平行耦合， 反铁磁的自旋排列导致一个自旋未能完全抵消的自发磁化强度， 这样的磁性称为亜铁磁性。五、亜铁磁性2022-6-7211/TTCTP2022-6-7221/T1/T1/TTp1/TNT1/TTCTP 抗磁性 亚铁磁性 反铁磁性 铁磁性 顺磁性 六、判断物质磁性类型的方法2022-6-723弱磁性：抗磁性，顺磁性，反铁磁性强磁性：铁磁性，亚铁磁性。七、弱磁性和强磁性2022-6-7241-2 磁性材料的磁化曲线和磁滞回线一、磁性材料在磁场中磁化强度改变的过程磁