原子磁矩组成

s
p
d
f
l=0
1
23
6s 5s
6p 5d
5p
4d
4p
3d
4f
4s
3p
3s
2p
2s
1s
spdfFra bibliotekl=0
1
23
6s 5s
6p 5d
5p
4d
4p
3d
4f
4s
3p
3s
2p
2s
1s
为什么电子先占4s，再占3d ？
如果轨道的电荷分布偏离球对称，玻尔轨道的形状发生变化。 如图3s轨道是椭圆形的，一部分轨道离核近，s电子的原子波函数在核 附近非常大。S电子与核的库仑相互作用(相互吸引，能量低)，使电子 先占4s轨道，后占3d轨道。同样5S电子先于4f电子占据轨道。
L l(l 1)h l 1, 2,3，，n 角量子数 Lz mlh ml 0, 1, 2,， l 轨道磁量子数
S s(s 1)h s 1 自旋量子数 2
Sz msh
1 ms 2
自旋磁量子数
“轨道”
用波函数描述 nlm Rnl (r)Ylm ( ,)
Rnl (r)决定电子离开核距离分布
－3
d电子轨道取向量子数，ml 2,1,0, 1, 2
f电子轨道取向量子数，m l
3, 2,1,0, 1, 2, 3
ml =0 －1 －2
1 2
Mn3的d轨道有4个电子 总轨道角动量L=2＋1＋0＋（－1）=2 Co2的d轨道有7个电子 总轨道角动量L=2＋1＝（3 其余5个的总L＝0） Nd 3(4f4 6s2,f轨道有3个电子) 总轨道角动量L 3 2 1 6
d

磁学中的磁矩与磁化强度磁学是一门研究磁场及磁性材料特性的学科，其中磁矩和磁化强度是磁性材料中常用的两个参数。

磁矩是描述单个原子或电子所具有的磁性特征的物理量，而磁化强度则是描述整个物质中磁性特征的物理量。

本文将从磁矩和磁化强度的定义和计算方法入手，探究它们在磁学中的应用及相关的物理现象。

磁矩是物质在外磁场中做磁性响应时所表现出来的特性。

在原子或离子中，电子既带有电荷，又具有自旋和轨道角动量，因此会产生磁矩。

而在宏观物质中，磁矩是由所有的原子或离子的磁矩之和得到的。

磁矩的大小和方向可以通过量子力学的方法计算得到。

对于一个粒子的磁矩，一般使用玻尔磁子来表示。

玻尔磁子是一个极小的物理量，它等于电子带电量的绝对值与电子质量的比值乘以约化普朗克常量。

根据量子力学理论，磁矩的大小与该粒子所处的量子态有关。

常见的电子磁矩大小约为9.27×10^-24 A·m²，而质子、中子等粒子也具有特定的磁矩大小。

而磁化强度则是宏观物质在外磁场作用下所表现出来的总磁性。

磁化强度可以通过磁化率来描述，磁化率是物质磁化强度与外磁场强度之比。

磁化率分为顺磁负磁化率和抗磁正磁化率两种类型。

顺磁负磁化率表示物质在外磁场中磁化方向与外磁场方向一致，而抗磁正磁化率则表示物质的磁化方向与外磁场方向相反。

顺磁负磁化率的物质多为带未成对电子的物质，如自由电子、氧化亚铜等。

在外磁场作用下，电子磁矩和外磁场之间会发生相互作用，使得电子磁矩要在外磁场方向上发生取向。

而抗磁正磁化率的物质多为带有闭合电子壳层的物质，如铜、银等。

这些物质的电子磁矩会因为外磁场的作用而产生受力，从而使电子壳层中的电子重新排布，使整个物质表现出来的磁化方向与外磁场方向相反。

磁矩和磁化强度在磁学中有着广泛的应用。

首先，磁矩和磁化强度是磁性材料特性的重要参数。

通过对磁性材料的磁矩和磁化强度的测量，可以了解材料的磁性特性，如磁化方向、磁化强度等。

这在材料科学、电子工程等领域中具有重要的应用价值。

PJ绕磁场旋进示意图
磁场对 J的力矩: M = 0 J × H = J × B
dP M= dt
(1) (2)
M的存在使得角动量的改 变 dP连续发生 dP ⊥ PJ , PJ只改变方向,大小不变
dP = PJ sin β dψ
dP dψ = PJ sin β = PJ sin β ω J dt dt dψ : 旋进的角速度 ωJ = dt
he E = M g B = M B B g 4πm
E eB 光谱项差: T = = Mg = MgL hc 4πmc
e 1 洛仑兹单位: L = B =0.47cm B 4πmc
结 论
1.原子在磁场中所获得的附加能量与B成正比; 2.因为M取(2J+1)个可能值,因此无磁场时的原子
的一个能级,在磁场中分为(2J+1)个子能级.
e J = g pJ 2m
(1)L-S耦合
J (J +1) L(L +1) + S(S +1) g = 1+ 2J (J +1)
J(J +1) + ji(ji +1) JP(J P +1) 2J(J +1) J(J +1) + JP(J P +1) ji(ji +1) + gp 2J(J +1) g = gi
E = M BB g
所以在弱磁场中原子的能级可表为:
Enljmj = Enl + Ej +EM
在分裂后的磁能级间的跃迁要符合选择定则:
L = ±1 ; J =0,±1 ; M =0,±1 J =0 时 ,M =0→M =0 除外.
B

五、影响金属抗磁性及顺磁性的因素
；六、 磁化率的测量
磁秤 利用试样在非 均匀磁场中的受力情 况来确定它的磁化率。
利用与标准试样对比来确定它的磁化率。
但还有相当多的固溶体顺磁物质，特别是过渡族金属元 素是不符合居里定律的。它们的原子磁化率和温度的关系需 用居里-外斯定律来表达 。
居里-外斯定律
为居里温度 。 2. 磁化率与温度无关的顺磁质 碱金属Li、Na、K、Rb属于此类。
3.存在反铁磁体转变的顺磁体 过渡族金属及其合金或它们的化合物属于这类 顺磁体。它们都有一定的转变温度，称为反铁磁居 里点或尼尔点，以TN表示。当温度高于TN时，它们 和正常顺磁体一样服从居里-外斯定律，且△＞0； 当温度低于TN时，它们的χ随T的下降而下降，当 T→OK时，χ→常数；在TN处χ有一极大值，MnO、 MnS、NiCr、CrS-Cr2S、Cr2O3、FeS2、FeS等都属这 类。

顺磁体的χ-T 关系曲线示意图
四、金属的抗磁性与顺磁性 金属是由点阵离子和自由电子构成的，故金属的 磁性要考虑到点阵结点上正离子的抗磁性和顺磁性， 以及自由电子的抗磁性与顺磁性。 正离子的抗磁性源于其电子的轨道运动，正离子 的顺磁性源于原子的固有磁矩。 而自由电子的磁性的顺磁性源于电子的自旋磁矩， 自由电子的抗磁性源于共在外磁场中受洛仑兹力而 作的圆周运动，这种圆周运动产生的磁矩同外磁场 反向。 四种因素竞争的结果决定物质是否是抗磁体或 顺磁体。
电子循轨磁矩
电子的自旋磁矩
原子核的自旋磁矩
3.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 物质的磁性及其物理本质
3.2.1 原子磁性
原子由原子核和核外电子构成，核外电子在各自 的轨道上绕核运动的同时还进行自转运动。因此，分 别具有轨道磁矩和自旋磁矩。

则仅有两相临能级间可以进行跃迁，跃迁的能量△E为：
E gI N H
由此可见，只要想法测出△E，则可求出 gI ,从而就可得到核
的磁矩 I gI N I
在垂直于均匀磁场的方向再加上一个强度较弱的高频磁场，当 其频率ν满足下列条件时，
h E
则样品的原子核将会吸收高频磁场的能量而使得核的取向发生 改变，从而实现由低的子能级向相邻较高子能级的跃迁。此时， 高频磁场的能量将被原子核强烈吸收，称为共振吸收。此时的 频率称为共振频率。则：
10 27 J .T 1
称为核磁子。
因为 mp : me 1836
所以 B : N 1836
说明：1）由于核的磁矩比原子中电子的磁矩小的多，这就是为 什么超精细谱线的间距比精细结构谱线的间距小得多的原因。
2）通常是用核磁矩在给定Z方向投影的最大值来衡量核 磁矩的大小。
3）核磁矩常用核磁子为 N 单位 则质子的磁矩为： p 2.793 中子的磁矩为：n 1.913
gI

h N H
只要测得ν和H，则可求得
g因I 子。
§1.6 、原子核的电四极矩
原子核是接近球形的。实验表明大多数原子核的形状是偏离于球 形不大的轴对称椭球。这一点由原子核具有电四极矩得到证明。
1、电四极矩的引入
原子核有电荷 Ze，这些电荷在核内的不同分布就产生不同的 电势。
如果核的电荷均匀分布于轴对称椭球形的核内，则在原子核
原子核是由质子和中子组成，质子、中子不仅有自旋磁矩， 而且有轨道磁矩。所以核也具有磁矩。
质子、中子的磁矩为：

p

g
p
(
e 2mN
c
)
ps
n

eh µB = = 0.9274 ×10−23 A⋅ m 2 2me
方向：磁矩与轨道角动量的方向相反
原子的磁矩-电子的磁矩
2.电子的自旋磁矩.
两位不到25岁的荷兰大学生乌仑贝克和古兹米特大 两位不到 岁的荷兰大学生乌仑贝克和古兹米特大 胆地提出电子的自旋运动的假设。 胆地提出电子的自旋运动的假设。电子具有固有角 动量和固有磁矩的特性叫电子自旋。 动量和固有磁矩的特性叫电子自旋。
原子的磁矩-电子的磁矩
1.电子的轨道磁矩
电子绕原子核作轨道运动,相当于有电 电子绕原子核作轨道运动 相当于有电 流的闭合回路,它产生一个磁偶极矩 它产生一个磁偶极矩. 流的闭合回路 它产生一个磁偶极矩
（1）电子的轨道磁矩的经典表示式 ）
r r eω 2 e e r 2 2 mω r = L µ = i s = eνπ r = πr = 2π 2m 2m r r r r e r µ＝－ µ＝－ L = −γL pϕ ≡ L 2m
pl2 = ps2 + p 2 − 2 ps p j cos( sj ) ⇒ ps cos( sj ) = j
p 2 + ps2 − pl2 j 2pj
所以,
µ j = [1 +
p 2 + ps2 − pl2 j 2 p2 j
e ] pj 2m
单电子原子总磁矩 有效磁矩） （有效磁矩）
e r r µj = −g P j 2m
4.物质磁性的来源
4.11铁氧体的磁性
铁氧体内部也有强的自发磁化. 研究指出,由于铁氧体中的金属离子都被比较大的氧离子隔开着, 间距较大,所以各磁性离子的电子云没有重叠部分. 因此,不会有直接的交换作用,但是它们可以通过夹在它们之间的 的氧离子形成间接交换作用,也叫超交换作用,它使每个次晶格内 的离子磁矩平行排列. 而两个不同的次晶格的离子磁矩则是反平行的,如果两个次晶格的 磁矩大小相等则宏观磁矩为零;如果两个次晶格的的磁矩大小不等, 则两者抵消一部分,剩余部分就是铁氧体所表现出来的磁性,这种 磁性称为亚铁磁性.

原子磁矩组成一、引言原子磁矩是指原子中电子的磁矩总和。

在物理学中，磁矩是描述物体对外部磁场产生反应的重要参数。

原子的磁性质与其电子轨道和自旋有关。

本文将从以下几个方面介绍原子磁矩组成。

二、电子轨道角动量1. 电子轨道电子在原子中绕核运动时，会形成电子云，这个运动轨迹被称为电子轨道。

每个电子都有自己的轨道，不同元素的电子轨道不同。

2. 角动量量子数角动量量子数是描述一个粒子（如电子）角动量大小和方向的参数。

对于一个处于某一能级上的电子来说，它具有两种角动量：轨道角动量和自旋角动量。

3. 轨道角动量轨道角动量是描述电子绕核运动时产生的角动量大小和方向的参数。

它与电荷分布有关，可以用来解释化学键形成、分裂等现象。

4. 磁偶极矩当一个带有电荷q的粒子（如一个带负电荷e的电子）围绕一个不带电荷的原子核运动时，会产生一个磁场。

这个磁场的大小和方向由粒子的轨道角动量决定。

这种现象被称为磁偶极矩。

三、电子自旋角动量1. 自旋自旋是描述电子围绕自身轴线旋转产生的角动量大小和方向的参数。

它类似于地球自转产生的角动量。

2. 自旋量子数自旋量子数是描述一个粒子（如电子）自旋大小和方向的参数。

对于电子来说，它只有两种可能的自旋状态：上自旋和下自旋。

3. 磁矩当一个带有电荷q的粒子（如一个带负电荷e的电子）具有自旋时，也会产生一个磁场。

这个磁场的大小和方向由粒子的自旋角动量决定。

这种现象被称为磁矩。

四、总角动量和总磁矩1. 总角动量对于处于某一能级上的电子来说，它具有轨道角动量和自旋角动量两种类型的角动量。

它们可以相互作用，形成总角动量J。

2. 总磁矩对于处于某一能级上的电子来说，它具有轨道磁矩和自旋磁矩两种类型的磁矩。

它们可以相互作用，形成总磁矩μ。

五、不同元素的原子磁性质1. 稳定元素对于稳定元素来说，其原子内部电子的总角动量和总磁矩都为零。

这种情况下，它们不会对外部磁场产生反应，被称为非常规物质。

2. 磁性元素对于某些元素来说，其原子内部电子的总角动量和总磁矩不为零。

PJ H mJ
总磁量子数：mJ = J, J-1, …… -J共2J+1个可能值
按原子矢量模型，角动量PL与PS绕PJ 进动。故μL与μS也绕 PJ 进动。
第二节 原子磁矩
二、原子磁矩表达式的推导
μL与μS在垂直于PJ 方向的分量(μL)┴与(μS)┴在一个进动周期中平 均值为零。 ∴原子的有效磁矩等于μL与μS平行于PJ的分量和，即：
J gJ J J 1B
J 6.7B
如果已知原子基态光谱基项
L 2S 1 J
，则可以直接得到S、L、J
三个量子数，从而算出原子基态的磁矩。
第二节 原子磁矩 四、随堂练习 1、试计算自由原子Fe (3d6) 、Co (3d7) 、Ni (3d8) 、Gd (4f75d1) 、 Dy (4f10)等的基态具有的原子磁距μ各为多少？并写出基态光谱 基项。（课后习题1）当堂交作业
S1113
L 210 3
222 2
基态光谱基项的表示方法： 2S 1 LJ
J LS 3 2
轨道量 子数L
0
1
2
3
4
5
6
大写英 文字母
S
P
D
F
G
H
I
所以， Cr3+的基态光谱基项表示为：4 F3 2
第二节 原子磁矩
三、计算原子磁矩实例
2、Dy3+，4f9电子组态 f 电子，l = 3，磁量子数m = +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3
2、原子磁矩μJ在磁场中的取向是量子化的 μJ 在H方向的分量为：
J
mJ
J J 1
gJ mJ B
J gJ J J 1B

原子核的磁矩与自旋的测量技术与应用一、引言原子核是物质的基本构成单位之一，其磁矩与自旋是研究原子核结构、核能级、核自旋共振等领域的重要参数。

本文将介绍原子核磁矩和自旋的概念，并探讨相关的测量技术与应用。

二、原子核的磁矩原子核的磁矩是描述原子核磁性质的物理量。

磁矩的大小可以通过核磁共振（NMR）实验等方法测量得到。

原子核的磁矩与核素的质子数、中子数以及核子自旋有关。

具体而言，原子核的磁矩可以表示为：μ = γI其中，μ为原子核的磁矩，γ为旋磁比，I为核自旋。

旋磁比是描述质子或中子在外磁场中产生磁矩的比值，与原子核的特性密切相关。

通过测量原子核的磁矩，可以了解原子核内部的结构和相互作用，对于核能级、核磁共振等研究具有重要意义。

三、原子核自旋的概念原子核自旋是描述原子核内部自转运动的量子数。

对于质子、中子等构成原子核的基本粒子来说，它们具有自旋，即固有磁矩。

原子核自旋的大小取决于质子和中子的自旋情况，而自旋方向则与具体的原子核有关。

原子核的自旋量子数可以表示为：I = |N - Z|其中，N为中子数，Z为质子数。

通过测量原子核的自旋，可以进一步研究核磁共振现象，并应用于核磁共振成像（MRI）、核磁共振波谱（NMR）等领域。

四、原子核磁矩与自旋的测量技术1. 核磁共振（NMR）技术核磁共振技术是一种利用原子核磁矩相互作用的方法，通过测量核磁矩与外加磁场之间的相互作用得到原子核的信息。

核磁共振成像（MRI）是核磁共振技术的一种重要应用，可用于医学诊断、材料科学等领域。

核磁共振技术的基本原理是核磁共振现象。

在外磁场的作用下，原子核会发生能级的分裂，形成磁共振信号。

通过测量原子核与外加磁场间相互作用的特点，可以得到原子核的磁矩和自旋信息。

2. 核磁共振波谱（NMR）技术核磁共振波谱技术是一种利用核磁共振现象测量物质的结构和性质的方法。

通过测量物质在外磁场下吸收或发射的电磁波谱线，可以得到物质的分子结构、动力学和化学环境等信息。

§3 原子的磁矩原子是组成物质的单元，原子磁性的研究是研究物质磁性的基础。

原子的磁性可以用磁矩或磁矩来描述，两者物理意义相同，但基于不同的出发点，仅相差一个常数0μ，即0()m μμ=r r磁偶极矩（磁矩） （2.3.1）因此在许多教科书上将它们都叫磁矩，只是取不同的单位而已。

习惯上，人们喜欢用μr来表示原子的磁矩并简单地称之为磁矩，因此以后我们也就将μr称为原子的磁矩，磁矩来源于原子中的电子的自旋和绕原子核的轨道运动，另外与原子核的自旋也有关系，但原子核的磁矩很小，在我们考虑的问题中可以忽略，原子的总磁矩是自旋和轨道磁矩这两部分的总和。

1. 电子的轨道磁矩1）一个电子的轨道磁矩图2.3.1 电子的椭圆轨道电子的轨道磁矩是由电子绕原子核的运动产生的。

按照轨道模型，以周期T 沿椭圆轨道运动的电子（见图2.3.1）相当于一个闭合环路中的电流ei T=−，其中-e 为电子的电荷，在T 时间内电荷-e 在轨道上任何一点通过一次，因此eT−是单位时间内流过某点的电量，即电流。

所以电子的轨道运动相对于一个通有电流的闭合回路，它的轨道磁矩是0eAm iA Tμ00μμμ===−轨轨轨 （2.3.2）这里m 是轨道磁矩，A 是闭合环路所围的面积221π2A r d ϕ=∫ （2.3.3） 电子椭圆运动的角动量L 是运动恒量，不随时间改变，表示如下： 2d L mr dtϕ= 则2d Ld rdt mt ϕ= （2.3.4） 将（2.3.4）式代入（2.3.3）式，得到轨道面积为0122TLdt LTA m m==∫T （2.3.5） 将（2.3.5）式代入（2.3.2）式，得 02eL mμμ=−轨 （2.3.6）写成矢量式02l e L mL μμγ=−=−rrr轨 （2.3.7）其中02l emμγ=称为轨道旋磁比。

上式说明电子绕原子核运动时所产生的磁矩与角动量之间有一定的关系。

负号表示磁矩的方向与轨道角动量的方向相反。

例如：某元素的基态记作： 5 D4
即指该元素基态的总自旋量子数：S = 2 总轨道量子数：L= 2 总角量子数：J = 4
§ 2.1.4 原子磁矩计算举例
1. Cr+3 离子：Cr 原子 Z = 24，Cr+3 电子组态为····3d3
(1s)2,(2s)2,(2p)6,(3s)2,(3p)6,(4s)2,(3d)10,(4p)6,
l Pl
l
e 2m
称作轨道旋磁比
e
u l
原子中的电子应该服从量子力学规律，其运动状态应
该由波函数 nlmlms (r) 确定，角动量是量子化的，当电子运动的主量子数 为 n 时，角动量的绝对值为： pl l(l 1) 其中 l 是角量子数，
式中，l 的可能值为： l 0,1,2,(n 1)
所以电子的轨道磁矩为：
(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。
常将原子的量子态用光谱学的方法来标记：
F 2S 1 J
将总自旋量子数、总角量子数的数字填入相应位置即可， 总轨道量子数 L = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, ·····，分别记为：
S, P,D, F, G, H, I,
lz ml B
§ 2.1.2电子的自旋磁矩
电子磁矩的第二个来源是电子具有自旋磁矩，它是电子的本征性
质，电子的自旋角动量取决于自旋量子数，
s1 2
自旋角动量的绝对值：
S
3
ps
s(s 1) 2
而自旋角动量在外场中的分量只取决于自旋量子数
e
ms
1 2
ps z ms
1 2
u S

离子磁距计算与实验的比较
4f：符合不错。
黄昆《固体物理学》p403-404
3d：只是自旋磁矩的贡献？
如果 L< S， J 的取值为：
J L S, L S 1,, S L
（共2L+1个值）
其总角动量： PJ J (J 1)h
在磁场方向上的投影是量子化的，多值的。
此时不能立即给出两个电子的总磁矩。因为总动量矩和总磁矩的 方向是不重合的。
P J
P L
P S
L
S
J
L-S
Q PL L(L 1)h, PS S(S 1)h,
电子自旋量子数 由 ms 决定
S 1 2
大多数原子基态的电子组 态可以按此规律给出。 少数元素有些变化，如： Cu:······3d10,4s1 Cr: :······3d5,4s1
基态原子的电子在原子轨道中填充的顺序是： 1s,2s,2p,3s,3p,4s,3d,4p,5s,4d,5p,6s,4f,5d,6p,7s,5f,6d
当某未满壳层中包含多个电子时，该支壳层的电子按角动量耦合原则 耦合成一个总角动量。原子磁矩是和这个总角动量相联系的。
电子角动量耦合的方式有两种：
1. L－S耦合：适用于原子序数较小的原子，在这类原子中，不同电子之间
的轨道-轨道耦合和自旋-自旋耦合较强，而同一电子的轨道-自旋耦合较弱， 因而，各个电子的轨道角动量和自旋角动量先分别合成为一个总轨道角动量 和总自旋角动量 ，然后，总轨道角动量和总自旋角动量再耦合成为该支壳 层电子的总角动量 。
所以电子的轨道磁矩为：
l
l(l 1) eh 2m
l(l 1)B
B
eh 2m
9.27261024 A m2

原子磁矩的计算原子磁矩（也称为磁子矩）是描述原子中磁性的量，它是由原子中的电子磁矩和核磁矩所组成的总矩。

由于原子中电子磁矩和核磁矩可以相互抵消，它可以表示原子中磁性的大小、方向和结构。

由于磁子矩可以有助于理解原子在物理和化学过程中拥有的磁性，因此，计算和测量磁子矩是重要的。

原子磁矩可以由原子中的电子磁矩和核磁矩计算得出。

与电子磁矩不同，核磁矩可以通过电子磁矩的计算得出，其精度受到电子磁矩的计算精度的限制。

电子磁矩可以通过多种方法来计算。

简单的方法是基于电子轨道的方法，其基本思想是计算每一个电子轨道的电子磁矩，然后将所有电子轨道的磁矩累加起来，得到总的电子磁矩。

这样的方法计算速度快，但是精度有限，因为它不能考虑电子间的相互作用，也不能考虑电子的可自旋性。

另一种更精确的计算方法是组态方法，也叫做组态量子力学方法（configuration interaction）。

组态方法的基本思想是，考虑二进制方程的几个基本组态，以及这些基本组态之间的相互作用，从而计算出精确的电子磁矩。

这种方法可以考虑电子间的相互作用，从而提高精度，但是计算速度非常慢。

此外，还有一种更新的基于机器学习的方法，可以有效地计算原子磁矩。

基于机器学习的方法不需要计算的是每一个电子磁矩或者每一个组态，而是把原子磁矩作为一个整体进行计算，从而提高计算效率。

在最近的研究中，研究者使用基于机器学习的方法，将原子磁矩四维量（大小、X、Y和Z方向上的磁矩）转换为二维量，从而把原子磁矩分类。

使用这种方法，研究者可以更直观地观察原子磁矩，从而更好地理解原子的磁性。

总的来说，原子磁矩是重要的物理量，它描述了原子中磁性的大小、方向和结构。

由于原子磁矩的计算可以帮助理解原子在物理和化学过程中拥有的磁性，因此计算和测量它是重要的。

现有的方法可以用来测量和计算原子磁矩，其中基于机器学习的方法是一种有效的方法。

磁性名词磁性来源于原子中电子的运动。

我们知道，物质是由原子组成的，而原子又是由原子核和核外电子组成的。

原子核和电子均由于运动而产生磁矩，但原子核的磁矩远小于电子磁矩，所以原子磁矩主要来源于电子磁矩，并且电子磁矩有包括电子轨道磁矩和电子自旋磁矩。

见图示：量子力学表明，原子的核外一般分布有若干个电子，并且当电子分布在几个层次上时，由于内层电子之间的磁矩相互抵消，所以只有外层电子才对原子磁矩起作用。

而只有3d过渡族金属和La系稀土金属等一些元素在一部分电子磁矩抵消以后，还剩余一部分电子磁矩没有被抵消。

这样，这些元素原子具有总的原子磁矩。

在此基础之上，由于"交换作用"的机理，这些原子磁矩得以按相同方向整齐排列起来，整个物体也就有了磁性。

当然，抵消以后由于原子磁矩大小的不同，最终磁体显示的磁性强弱也不同。

·自发磁化：当原子核外电子的自旋磁矩不能相互抵消时，便会产生原子磁矩。

同时，如果在交换作用下，所有原子的磁矩能按一个方向整齐排列时，物体才会对外显示磁性，成为磁性材料。

这种原子磁矩的整齐排列现象，就称为自发磁化。

见图示：·磁畴：所谓磁畴，是指磁性材料内部的一个个小区域。

各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。

磁畴内原子磁矩一致整齐排列。

在材料未被磁化时，磁畴之间原子磁矩方向各不相同。

只有当磁性材料被磁化以后，它才能对外显示出磁性。

实际的磁性材料中，磁畴形貌五花八门，如条形畴、树枝状畴等。

既然磁畴内部的磁矩排列是整齐的，那么在磁畴壁处原子磁矩又是怎样排列的呢？在畴壁的一侧，原子磁矩指向某个方向，假设在畴壁的另一侧原子磁矩方向相反。

那么，在畴壁内部，原子磁矩必须成某种形式的过渡状态。

实际上，畴壁由很多层原子组成。

为了实现磁矩的转向，从一侧开始，每一层原子的磁矩都相对于磁畴中的磁矩方向偏转了一个角度，并且每一层的原子磁矩偏转角度逐渐增大，到另一侧时，磁矩已经完全转到和这一侧磁畴的磁矩相同的方向。

原子核磁矩
说起这个原子核磁矩啊，可真是个高深的学问，不过咱四川人嘛，就喜欢把复杂的事儿说简单咯。

你想啊，原子就像咱们四川的火锅，里头啥子料都有，原子核呢，就是那锅底的牛油，稳当得很，周围那些电子嘛，就像火锅里头的菜，飘来飘去的。

但是这个原子核啊，它不单是个死疙瘩，里头还藏了个宝贝，叫做磁矩。

这磁矩，就好比咱们四川的辣椒，看起来不起眼，那味道，啧啧，可够劲儿了。

原子核的磁矩，就是它里头那些质子和中子转啊转的，产生的那么一股子“辣味”，这股子味儿，还能跟外头的磁场对上话，你推我搡的，跟咱们打麻将一样，讲究个配合。

科学家们研究这个，可不是为了好吃好玩，那是要探索大自然的奥秘。

就像咱们四川人研究咋个把火锅做得更巴适，也是为了生活得更有滋味嘛。

他们通过那些高大上的仪器，就像咱们用鸳鸯锅一样，把原子核的磁矩给“涮”出来，看看它到底是个啥模样，好让咱们对这个世界多了解几分。

所以说啊，别看这原子核磁矩听起来玄乎，其实跟咱们四川人的生活哲学差不多，都是在探索、在品味。

咱们四川人爱钻研，爱创新，就像科学家们对待这个原子核磁矩一样，总是想把它搞个明明白白的，这才叫真正的巴适！。

磁矩的定义式磁矩的定义式磁矩是描述物体在外磁场中受到的力矩大小和方向的物理量。

在电子、原子、分子和宏观物体等不同尺度上，都可以存在不同形式的磁矩。

本文将从基本概念、电子和原子的磁矩以及宏观物体的磁性等方面来详细介绍和定义磁矩。

一、基本概念1. 磁场：指空间中存在的具有一定强度和方向的力场，可使带电粒子受到洛伦兹力而偏转运动。

2. 磁感应强度：指单位面积垂直于磁场方向上通过的自由空间中，所测得的单位时间内通过该面积内所有垂直于该面积方向上线密度所产生的平均作用力。

3. 磁通量：指穿过一个任意截面内部，与该截面垂直且大小等于这个截面上某一点处单位法线截面积的总场强。

4. 磁通量密度：指单位面积内通过该面积垂直于该面积方向上线密度所产生的平均作用力。

5. 磁矩：指物体在磁场中受到的力矩大小和方向的物理量。

二、电子和原子的磁矩1. 电子磁矩：电子是带负电荷的基本粒子，在外加磁场下会产生自旋和轨道两种形式的磁矩。

自旋角动量是由电子自身固有性质决定的，而轨道角动量则与电子运动轨道有关。

2. 原子核磁矩：原子核由质子和中子组成，其中质子带正电荷。

在外加静态或交变磁场下，原子核会产生核自旋和核轨道两种形式的磁矩。

三、宏观物体的磁性1. 铁、镍、钴等金属：这些金属可以被永久地或暂时地“磁化”，因为它们内部存在着大量未配对自旋角动量较大的原子，这些原子在外加静态或交变磁场下会对整个金属体系产生明显影响。

2. 非金属材料：如玻璃、陶器等不具备永久性或暂时性“磁化”的特性，因为它们内部缺乏未配对自旋角动量较大的原子。

3. 磁体：由铁、镍、钴等金属或它们的合金制成的具有永久性磁性的物质，通常用于制造电机、变压器等电器设备。

总之，磁矩是描述物体在外磁场中受到的力矩大小和方向的物理量。

不同尺度上，电子、原子和宏观物体都可以存在不同形式的磁矩。

对于宏观物体来说，铁、镍、钴等金属可以被永久地或暂时地“磁化”，而非金属材料则不具备这种特性。

q1
q2
F
q1q2 40 r
2
F qE B

F

B
F qE B
E0
F q B
如果磁场不均匀……
B
z
f
B
f
dB
z
0
dz







-
净作用力沿 着z轴方向
f z z
dB dz
Stern-Gerlach实验对氢原子的结果
与此相关的问题
——元素的周期性 如果原子中电子的能量的确 是量子化的, 为什么一个原 子中所有的电子不都处在能 量最低的轨道呢？
泡利不相容原理
20 电子自旋的假设
ps
s( s 1)
2s 1 2
s
1 2
细第 结四 构章
—— 电 子 自 旋
原 子 的 精
18 原子中电子轨道运动的磁矩
电偶极子、电矩
E
qE
磁偶极子、磁矩
B n
F2

+ q
I F1
q
qE P q

I
电偶极矩
磁偶极矩 (磁)力矩
ISn
M B

(电)力矩 M F qE U P E P E
ps
s
e m
e
ps
μ
2m
p
e 2m
B
e 2m

1 B
, z m B
磁矩在磁场中的势能表达式