CH1-1-原子磁性解读课件

三.本章内容§1-1磁性的微观起源§1-2抗磁性§1-3顺磁性§1-4铁磁性§1-5*反铁磁§1-6自旋波§1-7*磁阻错(自旋玻璃.自旋液体.自旋冰)§1-8磁电阻(磁电耦合一)-自旋电子学-07NoblePrize§1-9Halleffects(磁电耦合二) -量子、分数量子、拓扑绝缘体序-现象文-起源

知其所以然!fluctuation一、什么是固体的磁性1.物质的磁性

—四种基本物理现象

指南针

-司南

(战国)铁制品-可磁化磁铁不锈钢-不可磁化PlasticWood-非磁性Why?

物质有磁性或没有磁性?How?描述物质磁性?Fe3O4铁磁顺磁反铁磁抗磁

三个基本物理量:M:固体自身磁性质B:外磁场

:固体对外场的响应

描述固体宏观磁性质的基础M.B:基本物理量

:导出量微观物理图像

I?§1－1固体磁性的微观起源

－原子的磁矩一.宏观固体磁性起源磁化强度:原子磁矩电子磁矩

核磁矩

二.电子的磁矩

磁性的本质是量子行为◆

表现形式之一:

～角动量电子的角动量自旋角动量轨道角动量电子总磁矩:

◆

表现形式之二:角动量量子化A.单电子原子磁矩与角动量关联的提出历史？原子中的实际电子分布-多电子系统1.1原子的电子结构原子的经典玻尔模型：Z个电子围绕原子核做园周或椭圆运动,核外电子结构用四个量子数表征：n.l.m.s(多电子体系)

n:电子轨道大小由主量子数n决定

n=1,2,3,4,………的轨道群又称为K,L,M,N,…….的电子壳层l

:轨道的形状由角动量

l

决定

l=0,1,2,3,……..n-1（下页）

又称为s,p,d,f,g,……..电子m:

当施加一个磁场在一个原子上时，角动量与磁场方向

的取向也是量子化的，l分量由磁量子数m决定

m=l,l-1,l-2,……0,…..-(l-1),-l

S:

电子自旋量子数由s决定●KLMZe轨道：S电子轨道l=1：p电子ml=+1,0,-1n,l,m表征的一个电子轨道上如果有两个电子，虽然它们的自旋是相反的，但静电的库仑排斥势,仍然使系统能量提高。因而一个轨道倾向只有一个电子占据。泡利不相容原理：

同一个量子数n，l，m，s

表征的量子状态只能有一个电子占据。库仑相互作用:原子的电子结构—占据壳层的规律—多个电子如何定n,l,m,s?B.多电子原子总磁矩

J与总角动量J关系:Shell大，电子间距离远，库伦作用小推导在下页推导：Hundrule:原子或离子基态不违反泡利原理条件下,自旋角动量S的和 取允许的最大值(2)在同样条件下,轨道角动量L的和 取允许的最大值(3)在确定S和L之后,依照原子物理学,原子的总角动量量子数J

可以取下列值:J=︱L-S︳,︱L-S︳+1,···,L+S.

实际：当支壳层不到半满时,取J=︱L-S︳;而当壳层半满或超过半满时,J取L+S量子力学证明:<固体物理学>Page271胡安章维益洪德法则的起源：(1)未满壳层的电子自旋si排列：电子由于库仑排斥而倾向于取不同轨道，而原子内的自旋-自旋间的相互作用使自旋平行排列，从而总自旋S取最大值。

(泡利不相容原理)(2)每个电子的轨道矢量li的排列：电子倾向于同样的方向绕核旋转,以避免靠近而增加库仑排斥能，使

总的轨道角动量L取最大值.(3)由于L和S间的耦合，

电子数n小于半满时J=L-S，

电子数n大于半满时J=L+S。

(洪德法则一般的描述只有(1)和(2)项)类比：行星的自转（自旋）与公转（轨道）原子基态用角动量标记方式:

例1:稀土:镧系理论值与实验结果的比较固体的磁性的基本特征不同固体的磁性原子磁矩:?