亚铁磁性课件

亚铁磁性

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，但A晶格和B晶格离子磁矩大小不等。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，这样的磁性称为亚铁磁性。

1948年奈耳根据反铁磁性分子场理论，提出亚铁磁性分子场理论，用来分析尖晶石铁氧体的自发磁化强度及其与温度的关系。

把分子场理论推广到两套不等价的次晶格，由于结构不等价而存在四种不同的分子场：

Hab=

ABMb

Hab是B位离子作用在A位离子上的分子场，Mb是B位上一克分子磁性离子具有的磁矩，

AB表示B-A作用分子场系数，它只表示大小而不计入方向(以下的分子场系数都只表示数值)

Hbb=

BBMb(

BB为B-B分子场系数)

(c)Haa=

AAMa

(

AA为A-A分子场系数，Ma为A位上一克分子磁性离子具有的磁矩磁矩)(d)Hba=BAMa(

BA为A-B分子场系数)A和B位离子磁矩是反平行的，A和B位的分子场可表示为

和

分别表示A位和B位磁性离子的比例，

+

=1分子场可写成求一克分子铁氧体中A位和B位上的自发磁化强度MA和MB随温度变化情况

MA=Ma

MB=Mb

Ma和Mb可以用铁磁性唯象理论得到的表达式：这里，g和J

都未标明a和b，因考虑是同种磁性离子，例如

Fe3+,这样得到整个材料未抵消的自发磁化强度

Ms=|MB-MA|=|Mb-Ma|

(1)高温顺磁性在温度高于居里温度时，Ha和Hb都远小于kBT,即

«1,布里渊函数展开成级数，并取第一项由于T>TC，使Ma和Mb都沿H方向取向，得到磁化强度通过推导，最后得到讨论：(a)如果温度很高，

/(T-

’)项相对前一项要小的多，因而1/与温度成线性关系温度继续下降后，

和T的关系可看成为双曲线。(b)当温度逐渐降低时，T趋近

’，1/

趋于-时，得到T=’的直线，而

’就是奈耳温度，用TN表示。(c)从实验结果来看，双曲线与温度轴的交点为

p，就是顺磁性居里点.(d)从实验中得到的奈耳点TN，居里常数C和顺磁性居里点

p。实验室上得到的C与理论上得到的值符合的不好.(2)自发磁化与温度的关系

低于居里温度的自发磁化情况与铁磁性情况相类似，但是Ms是两种磁矩取向的代数和(如果有三套次晶格或更多，则也是各次晶格磁矩的总和奈耳分三步讨论这些问题：(1)T=0K时，在

构成的坐标平面内，什么区域可以给出对应能量极小的各种磁矩分布；(2)T低于居里点TC,平面的哪些区域内，MB>MA,在哪些区域内，MA>MB。在

平面上哪个特定区域，使Ms=|MB-MA|在

T=Td

时会改变正负号；(3)T>0时，Ms随T变化.

在外磁场为0时，体系能量可表示为如果

和

都小于1，也就是

AB>

AA和

BB，从能量最小原理要求，MA和MB的取向方向必须相反，此结论与实验结果一致。Ms-T曲线类型与

/µ,,有密切关系。在

平面内，根据

,和

/的不同关系，可以划分出四个区域，六种类型的自发磁化与温度的依赖关系，其中亚铁磁性有四种类型R,Q,P和N。其中P和N型是在理论预言之后被观察到的。注意N型曲线有一个补偿点

c。-平面中，

=AA/AB,=BB/BATb3Fe5O12的磁化强度与温度的关系Z是配位数(三组次晶格)§6自旋玻璃与混磁性

自旋玻璃态出现在稀磁的合金中，磁性原子的自旋被无规地冻结。从实验上，观察到在弱磁场下，磁化率的温度依赖性曲线上出现一个尖锐的最大值。在较大磁场冷却情况下，磁化率的尖锐极大值不再出现。在冻结温度Tf

以下，零场时自旋被无规冻结，加场时自旋在磁场方向被冻结。

阻挫(反铁磁)

自旋玻璃态的特性：

(1)

(T)在Tf

处表现出尖锐的极大值的峰，并且与磁场强度和交流磁化率的测试频率有关。H0和

峰变得更尖锐。

(2)Tf以上的温度加磁场慢慢冷却(磁场冷却)测定的

(T)与零场升温测定的

(T)显著不同，尖峰消失。

(3)Tf随磁性原子浓度增加而升高。

(4)随磁性原子浓度继续增加，体系变为混磁性，低温表現出自旋玻璃态，随温度升高到Tf以上，不再是顺磁性，而表現出铁磁性(反铁磁性)。

(5)磁性比热CM(T)和电阻在Tf

处没有异常。

(6)中子衍射实验在Tf

以下没有看到磁性的布拉格反射。但是可以覌测到磁性散射。

(7)穆斯堡尔谱的谱宽随温度变化明显。

混磁性在非磁性基体中，掺杂磁性原子的浓度大于自旋玻璃的浓度，各种交换相互作用混合的自旋系统。其典型的特征是，当材料在没有磁场作用下冷却时，磁化强度在低温急剧的下降；如果在磁场下冷却，磁化强度在低温处的下降消失。其原因是由反铁磁相互作用引起的磁化强度团簇的反转。

ABCDSASBSCSD在面心立方反铁磁体中四个次晶格上的自旋矢量

在磁场下冷却，磁化强度低温下的下降消失，但是磁滞回线沿H轴的负方向有一个位移。这个现象是由铁磁性自旋与相对于晶格为固定的反铁磁自旋间相互作用引起的。例如：在面心立方晶格内反铁磁自旋排列不是很固定，可以自由改变其自旋方向而不改变其交换能，也就是说局域自旋排到容易被扰动，导致混磁性。小结：在非磁性基体中掺入磁性原子，随浓度的逐渐增加，出现各种磁性现象。近藤效应自旋玻璃态混磁性不均匀铁磁性§7超顺磁性定义：铁磁性颗粒比单畴临界尺寸更小时，热运动对粒子影响很大，在一定温度下，粒子的行为类似于顺磁性，如果不加外磁场，它们将很快的失去剩磁状态。普通的顺磁体是具有固有原子磁矩

的原子集团；而超顺磁体是具有均匀磁化的单畴粒子集团，每一粒子包含较大原子的数目(约105个原子),具有大得多的磁矩。因此，超顺磁颗粒本身具有磁各向异性能，为Ku。v是粒子的体积。在一定温度T时，热运动能为kBT/2。因此可以计算临界体积,V0Ku=kBT/2(Ku各向异性常数)

假设温度T=273K,Ku=105J/m3,得到

当外加磁场时，如果热运动能比磁晶各向异性能大得多时，磁化强度I

才完全符合郎之万函数的近似结果。由于超顺磁粒子的尺寸是有分布的，因此设,

1‘=(1-b),到

2’=(1+b)

超顺磁性的弛豫特性在无磁场时，粒子的磁化矢量如要转到相反方向，热运动能必须超过磁晶各向异性能的峰值K1V。换言之,反磁化过程的几率应与成比例。弛豫时间

由下式决定

(f0为一频率因素