电子材料物理磁性作业

1、作 业1.计算自由原子Fe、Co、Ni、Sm、Dy等的原子磁矩各为多少？解答：Fe26的原子排布：1s22s22p63s23p63d64s2 磁性壳层：3d6 L=2; S=2;J=4ml-2-1012msCo27的原子排布：1s22s22p63s23p63d74s2 磁性壳层：3d7 L=3; S=3/2;J=9/2ml-2-1012msNi28的原子排布：1s22s22p63s23p63d84s2 磁性壳层：3d8 L=3; S=1;J=4ml-2-1012msSm62的原子排布：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f65s25p66s2 磁性壳层：4f6 L=3;

2、 S=3;J=0ml-3-2-10123msDy66的原子排布：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f105s25p66s2 磁性壳层：4f10 L=6; S=2;J=8ml-3-2-10123ms2. 计算下列铁氧体的分子磁矩：Fe3O4, CuFe2O4,CoFe2O4, NiFe2O4解答：Fe3O4的结构分布式：(Fe3+)Fe2+Fe3+O4 M分=MB-MA=MFe3+MFe2+-MFe3+=MFe2+=4BCuFe2O4,的结构分布式：(Fe3+)Cu2+Fe3+O4 M分=MB-MA=MFe3+MCu2+-MFe3+=MCu2+=BCoFe2O4,的结构

3、分布式：(Fe3+)Co2+Fe3+O4 M分=MB-MA=MFe3+MCo2+-MFe3+=MCo2+=3BNiFe2O4,的结构分布式：(Fe3+)Ni2+Fe3+O4 M分=MB-MA=MFe3+MNi2+-MFe3+=MNi2+=2B3、已知Fe3O4晶胞的晶格常数a0.839nm，求其饱和磁化强度Ms。根据下表中提供的离子，通过离子取代的方法设计一混合铁氧体，使其饱和磁化强度Ms为5.25105Am-1。（B=9.2710-24Am-2）离子Fe3+Fe2+Mn2+Co2+Ni2+Cu2+磁矩5B4B5B3B2B1B解答：Fe3O4的结构分布式：(Fe3+)Fe2+Fe3+O4 M分

4、=MB-MA=MFe3+MFe2+-MFe3+=MFe2+=4B又因为尖晶石结构中一个晶胞含有8个分子，所以晶胞中总磁矩为8 4B=32BFe3O4中饱和磁化强度Ms=晶胞中总磁矩/晶胞体积由于混合体的饱和磁化强度比Fe3O4高，故选取磁矩比Fe2+大的Mn2+进行部分取代,假设混合铁氧体的组成为(Fe3+)Fe2+1-xMn2+xFe3+ O4，Mn2+的磁矩为 ，则其饱和磁化强度为由于取代量较少，晶胞体积变化忽略不计。解之得：x0.183，即混合铁氧体的组成为（Fe0.817Mn0.183）Fe2O4当然也可以采取其他的方式，比如（Co1-xMnx）Fe2O4、（Ni1-xMnx）Fe2O

5、4、（Cu1-xMnx）Fe2O4等混合铁氧体，方法是一样的。4、复合铁氧体Fe1-xZnxFe2O4的饱和磁化强度随着Zn含量的增加将如何变化（x较小时）？（ZnFe2O4正尖晶石结构）解答：当x量较小时，复合铁氧体的结构与Fe3O4结构相同，复合铁氧体Fe1-xZnxFe2O4的结构分布式为(Fe3+1-xZn2+x)Fe2+1-xFe3+1+x O4 M分=MB-MA=(1+x)MFe3+(1-x)MFe2+-(1-x)MFe3+-xMZn2+=2xMFe3+ +(1-x)MFe2+-xMZn2+= 6xB+4B因此，当x较小时，x增加，复合铁氧体的饱和磁化强度增强。5、磁畴是怎样产生的

6、？答：对磁畴最终的分布情况由Ed、Eex和Ek三者来共同决定的，且要满足能量最小原理的结果。其中，要求退磁场能最小是磁畴形成的根本原因，而磁畴的数目和尺寸形状等由退磁场能和磁畴壁能的平衡条件决定。6. 磁化过程的磁化机制有哪些？答：对于技术磁化过程可以分为四个阶段：（1）弱磁场范围的可逆畴壁位移（2）中等磁场范围的不可逆畴壁位移（3）较强磁场范围的可逆磁畴转动（4）强磁场范围的不可逆磁畴转动其中，不可逆畴壁位移磁化比不可逆磁畴转动要先出现，且二者不可能同时出现。对于多畴结构，主要磁化过程包括（1）（2）（3）三个阶段；而对于单畴结构，主要有（3）（4）两个阶段。7.比较静态磁化与动态磁化的异同

7、点？在动态磁化过程中，包含哪些损耗？答：相同点：磁化机制相同、磁滞回线相似、都有磁滞损耗 不同点：磁滞回线面积不同；磁损耗种类不同；动态磁化磁损耗与频率有关，静态磁化磁损耗与频率无关； 在动态磁化过程中，磁损耗是指磁性材料在交变磁场作用下产生的各种能量损耗的统称，包括： （1）涡流损耗：由涡流现象引起的能量损耗 （2）磁滞损耗：由磁滞现象引起的能量损耗 （3）剩余损耗：除去上述两种损耗余下的所有其它损耗。主要包括磁后效损耗、磁力共振损耗、畴壁共振损耗和自然共振损耗。简述以下概念：抗磁体，顺磁体，铁磁体，亚铁磁体，反铁磁体。解：抗磁体：不存在永久磁矩的物质在外加磁场的作用下，感生出与外磁场方向相

8、反的磁矩的物体，M与H成正比，磁化率为为负且小。顺磁体：具有原子磁矩的物质在无外加磁场时，顺磁物质的原子做无规则的热运动，宏观上不显磁性，在外加磁场作用下，每个原子磁矩规则取向，物质显现出极弱的磁性。磁化强度与外磁场方向一致，且M与H成正比，磁化率为正且小，随着温度的升高磁化率下降。铁磁体：磁化率高，在较弱磁场下，可得到高的磁化强度，当外磁场移去后仍可保留强的磁性，物质内部存在磁畴，在居里温度以上，铁磁性消失，铁磁体将表现出顺磁性。反铁磁体：原子磁矩有序排列，同一子晶格中有自发磁化强度，不同子晶格中电子磁矩反向排列，在外加磁场的作用下，M与H处于同一方向，磁化率为正，在奈尔温度以上，其宏观特性

9、与顺磁性相同，在奈尔温度以下，随温度降低，磁化率也随之下降。亚铁磁体：原子磁矩有序排列，同一子晶格中有自发磁化强度，不同子晶格中自发磁化大小不等，方向相反。在外加磁场的作用下，可以产生较高的磁化强度，当外磁场移去后仍可保留较强的磁性，宏观性能与铁磁体类似，但自发磁化强度低，物质内部也存在磁畴，在居里温度以上，亚铁磁性消失，材料表现出顺磁性。课本P5.1、5.2、5.3、5.5、5.6写出下列物理量的量纲：（1）磁感应强度；（2）磁化强度；（3）磁导率和相对磁导率；（4）磁化率；（5）矫顽力；（6）最大磁能级解答：磁感应强度B：或T 高斯gauss 1emu=10-3Am2 相对磁导率：无量纲/

10、1：无量纲/1最大磁能级BH： 磁化强度M磁导率矫顽力Hc 奥斯特oersted磁化率5.3 Fe原子的波尔磁子数为2.22，铁原子量为55.9，密度为 ，求出在0K下铁原子的饱和磁化强度。解答：单位体积内铁原子的数目为 个每立方米因为： 所以饱和磁化强度为5.4 为什么含有未满电子壳层的原子组成的物质中只有一部分具有铁磁性？答：含有未满电子壳层的原子具有固有原子磁矩，原子磁矩之间没有相互作用的一类物质是顺磁性物质，原子磁矩之间有相互作用，原子磁矩平行取向，如果同向取向为铁磁性物质，如果反向取向，为反铁磁性物质或亚铁磁性物质。因此，含有未满电子壳层的原子组成的物质中只有一部分具有铁磁性5.5 说明顺磁性朗之万理论的主要概念和结论。这个理论的缺陷是什么？答：1905年郎之万在经典统计理论基础上,首先给出了磁化强度M和温度T之间的关系，其理论要点如下: (1)设顺磁物质中每个原子(或磁离子)的固有磁矩为J ，而且原子之间没有相互作用；