软射线吸收谱在磁性材料中

引磁性是物质的一微观粒 宏观物水

宇宙人基于物质磁性的工农业生 日常生 现代科学技引春秋管 磁战国时代吕氏春 磁石招公元前4世 公元前3世 指南针（司南公元前6世纪希腊 台利引第一部1600

英国W.吉耳伯19世 磁学始成为一门学引19世纪 磁性体本身内在规律的研发现铁磁性存在的临界温度（居里温度抗、顺磁郎之万理铁磁子场海森堡交换相互克拉默斯提出了超交RKKY交换作用（克拉默斯、安德森、鲁特曼、糟谷和芳田引磁性材料硅坡莫合Fe-Ni永磁合尖晶石型软磁铁磁铅石型永磁铁用于计算机矩磁铁用于微波技术的石榴SmCo5永磁合Sm2Co17永磁合Nd2Fe14B永磁化合磁基础知在与外磁场相反的方向诱导出磁化强度的现象称为抗磁性。它出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°º°º作用引起电子轨道磁顺磁性物质的原子或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，磁性原子或离子分，因而在没有外磁场时，由于热运动的作用，原子磁矩是无。顺磁物质的磁化率随温度的变化有两种类型第一类遵从居里定 C称为居里第二类遵从居里外斯

C/(T- p称为顺磁居里温 如铁磁性物质在居里

T(K T(K3、铁原，显现铁磁性Hm109Am-10-510-2point)显示出一个的极大值。5、亜铁和和 场下，磁化率的温度依赖性曲线上出现一个的最大值。而且在磁场冷却情况下，磁化率的极大值不再出现。在冻结温度Tf以 杂性子浓大自玻的浓典的征材时磁强在温剧下；强在温的降 其因由。 D S SC 7、超顺磁 (约105个原子),具有大得多的磁矩。这样的超顺磁粒子本身具有为Kv,v是粒子的体积。在一定温度T时，热运动能为KT/2。因此以计算临,V0Ku=kT/2(Ku各向异性常数

1/V

r V 1.7x109mu u

0磁有序的各种相互作三、超交换相互直接交换作用非常弱。然而，Mn离子之间通过O2-而有一个超交换作用。其机理是：O2-离子的电子结构为(1s)2(2s)2(2p)6,其中p-轨道向近邻的Mn离子M1和M2伸展，一个p-可以转移到M1的Mn离子的3d轨道，由于Mn2+离子已经有五个半满电子，按照洪德法则，氧的p-电子自旋只能与Mn2+的五个电子自旋反平行。同时p–轨道上剩余的一个电子自旋必然是与转移出去的电子自旋反交换减弱，当90数小于5时，处于d激发态的p电子自旋将平行于M1的3d电子自旋。反之，行的，剩下一个p电子将与M2上的d电子产生负的交换作用。结论：阳离四、RKKY R12为离子间距离

)为交

2J(R12)S1S五、双交换相互O++。+++3+3+++离,+++()4+++++

磁基础知3d过渡族的能级磁基础知其金属晶体磁性Sc、Ti、V：顺磁_外磁场=0时,无净磁矩;外磁场≠0,净为什么磁基础知3d过渡族金属原子的

磁基础知3d过渡族金属晶体的紧束缚近 磁基础知基础》磁基础知3d能带的结构十分fccFe的能态4s和3d的能带 磁基础知Stoner—4s和3d电子处在部分填满的—电子的交换相互作用解除了自旋—忽略库仑力的长程磁基础知电子的交换相互作用相当于在晶体中有一“磁场”磁基础知能量差EEEN(Ef)[1UN(Ef其中EU(nngBFe能量差在Ni能量差在磁基础知0000000磁基础知强铁磁性和弱铁磁基础知Fe、Co、NiFe：弱铁磁性，Co、磁基础知磁的。Stearns提出了dl-di交换极化模型。磁基础知1）3d过渡金属的3d电子可分为2，对磁性无贡磁基础知3d过渡族金Sc、Ti、V：只有di，没有局域电X射线吸Surf.Sci.Rep.X射线吸吸收的3个部——低能————X射线吸X射线吸k (

)22m(hE kc2/X射线吸X射线吸X射线吸 42h2 1

2 hc

(E) |ep|

EfX射线吸偶极跃迁的选择即s电子可以跃迁到p壳层—Kp电子可以跃迁到s或d壳层—LX射线吸终态的态密度X射线吸 X射线吸多电子组态出，单电子模型不适用。必须考虑不子X射线吸MMX射线吸硬X波段吸收的测量：直软X波段的特点：有强吸收或散不能用直接法！<200间接法：荧光电子X射线吸激发态的弛豫X射线吸L边的荧光经验

1/ 1

abZcZFe：~0.3%X射线吸X射线吸——样品电流Auger电子产X射线吸nnX射线吸10nm左右；易受外磁场作AdvantagesofElementSpinandorbitalMagnetic

XMCD

NiLedgeXASspectrumandeffectofPt-NimultilayerXMCD如下定义XMCD＝(＋－X射线磁性圆二色吸收s、p和d能级的基态|j,mj>是孤立原子态的线X射线磁性圆二色吸收

1Y2Y

1Y2Yj

YY

33 Y 33 Y1Y2Yj

YY

X射线磁性圆二色吸收51 51

YY YY5 5m

2Y

3Y mj=-

55YY 55YYmj=-

55Y55Y

YYX射线磁性圆二色吸收YYj=5/2,

55YY 55YY

55Y55Y 551Y

YYY Y552Yj

YY

X射线磁性圆二色吸收 由p能级到d能级的X射线磁性圆二色吸收(2)p1/2(4)s1/ 1/ 3/ 1/ 3/

spin-orbit(2)p3/(2)

(3)d3/

3/

5/X射线磁性圆二色吸收1

右偏10e102e i20 0

2 X射线磁性圆二色吸收（线偏X射线磁性圆二色吸收5 5

Y

xiy

1Y

2Y

|x

| 2Y

|2R353 353X射线磁性圆二色吸收Yl1,ml

|x |r|x |r

(l(lml2)(lml2)2(2l3)(2l1)(lml2)(lml2)2(2l3)(2l1)l1,ml X射线磁性圆二色吸收NVSmith,CTChen,etal.,Phys.Rev.,B46(1992),-----————————————X射线磁性圆二色吸收-3/2-1/21/2--- P-—6/255 ——— -— 8/255——— — ———— — ———— P- ——— -6/255 ——— 8/255———— 6/255——— X射线磁性圆二色吸收考虑了d能级是带结构，有2p|c>,Ec)→3d|k,n>,(h)~n

dk|k,n|xiy|c|2(Ek,n

X射线磁性圆二色吸收裂能=0.056Ry~0.7eV。ξ对XMCD的影响很ξ=0，L3和L2相反且相等，积分强度X射线磁性圆二色吸收

2(L3

L2)

L2L

(10n)(0X射线磁性圆二色吸收 3(L 2L)

(10n)

3.5T

L2L

(0 <Tz>是磁偶极算符T

si3ririsiri]X射线磁性圆二色吸收 X射线磁性圆二色吸收GSchutz, KAttenkofer,etJAppl.Phys.,76(10)：6453-X射线磁性E.Pellegrinet温度：JofElectronSpectro.Related86(1997)X射线磁性圆当Fe膜很薄时，其结构是fccNi的X射线磁性圆二色吸收Fe5nm/Cu5nm/Co5nmCTChen,YUIdzerda,HJLin,etal.,Phys.Rev.,B48(1993),642X射线磁Ga1-DJKeavney,etal.,PRL,91(2003),p187203光束线和实验 秒光束线和实验光束线和实验光束线和实验sinsinn0 cos2cos2nb

j sincos2sincos22nb j 3 3 光束线和实验光束线和实验光束线的调试—

Exit 光束线和实验

1.5x10-

1.0x10

IncidentX-rayPhoton

光束线和实验通量的测DetectorDetector

10-Entrance/ExitSlit:130/40Entrance/ExitSlit:Entrance/ExitSlit:130/40Entrance/ExitSlit:510/170

光束线和实验实验站光束线和实验站光束线和实验

1.8x10-SampleSample1.4x10-1.2x10- 8.0x10-

X-rayphoton软X射线吸在100-1000eV中真正起作用的是600-（3d族的L边可