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03年材料物理-磁学性能和磁性材料

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材料物理性能-_磁学性能

材料物理性能-_磁学性能
磁化率，反映材料磁化的难易程度，无量纲， 可正可负，是物质磁性分类的主要依据。
7
4. 磁感应强度和磁导率（P133） 材料在磁场强度为 H 的外加磁场（直流、交变或脉冲磁 场）作用下，会在材料内部产生一定的磁通量密度，称其为 磁感应强度B，即在强度为H的磁场中被磁化后，物质内磁场 强度的大小。 在真空中，磁感应强度为：
26
二、技术磁化（P154）
对未经外磁场磁化的 ( 或处于退磁状态的 ) 铁磁体，它们 在宏观上并不显示磁性，这说明物质内部各部分的自发磁化 强度的取向是杂乱的。因而物质的磁畴决不会是单畴，而是
由许多小磁畴组成的。
技术磁化：在外磁场作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化到 饱和的内部变化过程。
27
铁磁体在外磁场中的磁化过程主要为畴壁的 移动和磁畴内磁矩的转向。
因而自发磁化强度降低，铁磁性消失。这一温度称为居里 点Tc。在居里点以上，材料表现为顺磁性。
23
4. 反铁磁性和亚铁磁性（P132、P144） 如果交换积分 A＜0时，则原于磁矩取反向平行排列能量最 低。如果相邻原子磁矩相等，由于原子磁矩反平行排列，原
子磁矩相互抵消，自发磁化强度等于零。这样一种特性称为
9
磁学与电学基本物理量的比较 电学物理量 (单位) 磁学物理量 (单位)
J E P 0E
电流强度 I (A)
磁通量 Ф (Wb)
电流密度 J (A/m2)
电场强度 E (V/m)
磁通密度 B (Wb/m2)
磁场强度 H (A/m)
B H M H
r 1
电导率σ (Ω-1· m-1)
B0 0 H
式中μ0为真空磁导率
0 4 107 H / m

第二章 磁学性能

第二章 磁学性能
23 1 B
电子的自旋运动产生自旋磁矩，电子自旋磁矩大小为
eh s s 2s B 2mc
式中，s为电子自旋磁矩角动量。
电子自旋磁矩在外磁场方向上的分量恰为一个玻 尔磁子，即 sz=B
式中，符号取决于电子自旋方向，一般取与外磁 场方向z一致的为正，反之为负。
原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了 原子固有磁矩，即本征磁矩。理论计算证明，如
反映磁化强度随磁场变化的速率。 量纲为1，其值可正、 可负，它表征物质本身的磁化特性。
将磁矩p放入磁感应强度为B的磁场中，它将受到磁场力的 作用而产生转矩，其所受力矩为L=p×B
此转矩力图使磁矩 p处于势能最低的方向。磁矩与外加磁场 的作用能称为静磁能。处于磁场中某方向的磁矩，所具有的 静磁能为 E= -p · B 在讨论材料的磁化过程和微观磁结构时，经常要考虑磁 体中存在的几种物理作用及其所对应的 能量，其中包括静磁 能。单位体积中的静磁能，即静磁能密度EH EH = -M· B = -MHcos 式中，为磁化强度M与磁场强度H的夹角。通常静磁能密度 EH在习惯上简称为静磁能。
抗磁体的磁化率与温度无关或变化极小。
凡是电子壳层被填满了的物质都属于抗磁性物质。 惰性气体，离子型固体（如氯化钠）等； 共价键的碳、硅、锗、硫、磷等通过共有电子而填满了 电子层，故也属于抗磁性物质； 大部分有机物质属于抗磁性物质。 金属中属于抗磁性物质的有铋、铅、铜、银等。
三、顺磁性
• 材料的顺磁性来源于原子的固有磁矩。
磁滞：从饱和磁化状态A点降低磁 场H时，磁感应强度B将不沿着原 磁化曲线下降而是沿AC缓慢下降。 剩余磁感应强度：当外磁场降为0 时，得到不为零的磁感应强度Br 矫顽力：将B减小到零，必须加的 反向磁场-Hc

材料物理与磁性材料的特性和应用

材料物理与磁性材料的特性和应用
Fra bibliotekX射线衍射
衍射图案分 析
通过衍射峰的位 置和强度分析晶
格结构
结晶质量评 价
评估晶体质量和 晶体缺陷
晶格参数计 算
计算晶格常数和 晶胞内容
电子能谱
能带结构分 析
分析材料的电子 能带结构
电子状态研 究
研究电子的分布 和状态密度
元素组成检 测
确定材料的元素 组成和化学状态
电子能谱
电子能谱是通过测量 材料中电子的能量分 布来获取材料的电子 结构信息。通过分析 能带结构、元素组成 和电子状态，可以深 入了解材料的电子性 质和行为特性，为其 应用和改进提供重要 依据。
磁导率
描述材料对磁场的响应能 力 影响材料的磁性能
结论
磁性材料的特性对于电机、变压器、磁存储器件 等领域具有重要意义。通过研究和了解材料的饱 和磁化强度、韧磁性和磁滞回线等特性，可以更 好地设计和应用磁性材料。
● 04
第4章 磁性材料的应用
磁存储器
磁存储器是利用材料的磁性实现信息的存储和读 取。通过在磁介质中记录磁性信息，实现数据的 长期保存和快速读取。磁存储器广泛应用于计算 机硬盘、磁带等设备中，是信息存储领域的重要 组成部分。
02 矫顽力
磁场变化方向反转时，需要施加的磁场强度。
03 应用
磁滞回线曲线形状可用来描述材料的磁性稳 定性和磁能损耗特性。
磁性材料特性比较
饱和磁化强度
描述材料饱和时的磁化强 度 常用于磁存储器件
韧磁性
材料去除外磁场后保留的 磁性 应用于磁传感器等领域
磁滞回线
描述磁化过程中的剩磁和 矫顽力 评估材料的磁性稳定性
● 02
第2章 材料物理的基本概念

材料物理学中的磁性材料与磁性现象

材料物理学中的磁性材料与磁性现象

材料物理学中的磁性材料与磁性现象磁性材料是一类在外加磁场作用下能够形成稳定磁矩并表现出磁性行为的材料。

随着科学技术的不断发展，磁性材料已经在许多领域得到了广泛应用，如电子技术、计算机技术、医学和磁性记录媒介等。

磁性材料的磁性行为可以通过自旋等效和电子互相作用的方式来解释。

在原子或成键的离子中，电子的自旋和轨道运动产生磁矩，而它们不断运动着并相互作用，导致材料中出现相互作用的磁矩，产生磁性行为。

磁性材料的种类很多，包括铁、钴、镍、磁性氧化物等。

其中铁、钴、镍是典型的磁性材料，被广泛应用于磁性传感器等领域。

而磁性氧化物则因其优良的磁学性质被广泛应用于电动机、存储器等领域。

磁性材料的微观结构与磁性行为的关系需要通过多种方法来研究。

例如，从能量的角度来考虑磁性材料中的磁矩会表现出哪些行为。

在铁、钴、镍等磁性材料中，电子的自旋和轨道角动量在磁场下会发生耦合，形成不同的磁性结构，如铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。

除了铁、钴、镍等单质的磁性材料，磁性合金也是磁性材料中的一类重要类型。

磁性合金由多种元素组成，其组成和结构会对其磁学性质产生影响。

磁性合金的应用范围广泛，包括电动机、变压器、磁记录媒介等。

近年来，人们开始关注磁性材料中的新奇现象，其中最为引人注目的是自旋电子学。

自旋电子学是一门新兴的物理学领域，在磁性材料研究领域中有着广泛的应用。

自旋电子学利用电子自旋的向上或向下态代表二进制信息，实现了与传统半导体电子学不同的信息处理方式。

自旋电子学有着极高的性能和低功耗的特点，在未来的信息技术领域中具有广阔的发展前景。

磁性材料在工业生产和科学研究中都有重要的应用。

掌握磁性材料的物理性质对物理学家和工程师而言都非常重要。

随着材料物理学研究的发展，我们也许会发现新的磁性材料，并且了解磁性材料的复杂行为，为未来的应用发展提供更多的机会。

1-《材料物理性能》-第一章-概论

1-《材料物理性能》-第一章-概论

材料物理性能第一章：概论本节主要内容(一)材料及其性能研究的重要性(二)知识体系1、材料的概念2、材料的分类3、材料科学与工程专业(三)课程简介(四)第一章：材料物理性能概论材料及其性能研究：贯穿于整个人类的文明史。

人类使用的材料，决定了人类的文明程度。

实质上——主要取决于材料的性能如何。

材料的重要性Michael Faraday 电气时代:电磁材料超级计算机个人电脑材料是信息社会的基石！传感器件半导体芯片半导体技术液晶材料光学材料金属、高分子材料磁性材料移动通讯数码拍照拍照功能显示功能外壳信号接受对话功能电子线路照片存储介电材料移动网络语音、视频本节主要内容(一)材料及其性能研究的重要性(二)知识体系1、材料的概念2、材料的分类3、材料科学与工程专业(三)课程简介(四)第一章：材料物理性能概论◼材料(materials)的概念：➢材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。

➢材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质的统称。

材料是人类赖以生存和发展的物质基础,与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。

20世纪70年代，把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。

80年代，以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。

◼材料的分类：➢按照人为加工程度区分：✓天然材料：自然界原来就有未经加工或基本不加工可直接使用•如棉花、沙子、石材、蚕丝、煤矿、石油、铁矿、羊毛✓合成材料：人为把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成•如塑料、合成纤维和合成橡胶天然材料材料合成材料◼材料的分类：➢按照物理化学属性区分：✓金属材料✓无机非金属材料✓有机高分子材料✓复合材料➢按照用途区分：✓建筑材料、电子材料✓航空航天材料、核材料✓生物材料、能源材料✓。

金条铜阀玻璃水泥高分子材料碳纤维复合材料◼材料的分类：➢按照结晶状态区分：✓晶体(单晶、多晶)：短程有序，长程有序✓非晶：短程有序，长程无序✓准晶：介于晶体和非晶之间，长程有序，但无平移对称性(如：5次旋转对称性)✓液晶：由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体非晶玻璃NaCl 晶体2011诺贝尔化学奖“发现准晶体”[铝锰合金]达尼埃尔·谢赫特曼◼材料的分类：➢按照使用性能区分：◼复杂性能◼化学性能◼物理性能◼力学性能③使用性能②工艺性能①复合性能③抗渗入性②耐腐蚀性①抗氧化性④刚性③延性②韧性①强度⑥辐照性能⑤声学性能④光学性能③磁学性能②电学性能①热学性能结构材料功能材料新材料？知识体系◼材料科学与工程：是关于材料的➢组成与结构（composition and structure ）➢合成与加工（synthesis and processing ）➢基本性质（proporties ）➢与服役性能（performance ）这四个要素➢以及它们两两之间的互相联系的学科。

15第十五讲--磁性材料可修改全文

15第十五讲--磁性材料可修改全文

§5.1 磁学基础知识
一、物质的磁性
磁矩是表征磁体本质的物理量。
磁矩：
m I S
在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩JF ：
JF=μm×B
磁矩越大，磁性越强。
原子的磁矩
原子核磁矩：约为电子磁矩1/2000
电子磁矩
电子轨道磁矩 电子自旋磁矩
1、电子磁矩
（1）电子轨道磁矩
按照波尔的原子轨道理论，原子内的电子是围绕原子核在一定的 轨道上运动的。
＞0， M与H方向相同；磁化率在 10-5～10-3 。 其特征是组成这些物质的原子具有固有的总磁矩 。
H=0
H≠0
当 H=0 时，由于热动能的原因，原子磁矩混乱取向，对外不显示宏观磁性。
当 H 增大时，磁化强度才开始产生并逐渐增大。
顺磁物质的磁化率随温度的变化有两种类型：
第一类服从居里定律 ：
＞＞0，磁化率 可达104数量级。
自发磁化：铁磁体的原子磁矩在不加外磁场时，由于一种自身力量的作 用而互相平行排列，呈饱和磁化的状态。
磁畴:这种自发磁化不是整体饱和，而是分成许多小区域，在每个小区 域内饱和，这种饱和的小区域称为磁畴。
铁磁性物质的主要特性：
1、很易磁化，在不强的磁场下就可磁化到饱和状态，且相应的饱和 磁化强度很高；
Eex 2 Aij Si S j cosij
式中，Si、Sj为i、j两个原子中的电子自旋总量子数；φij是两个原子磁矩间 的夹角；Aij为表征两原子间交换作用大小的一个常数，称交换积分。
交换积分随a/r的变化
1、若两个原子之间的距离很大，未填满 的电子壳层基本上无重叠，交换作用基本 不存在，这种物质就是顺磁性物质；
设质量为 m 的电子绕原子核以匀速 v 、作半径为 r 的圆周轨道

材料性能学课件-第九章材料的磁学性能

合成的总角动量等于零，原子的总磁矩为零。所 以计算原子的轨道磁矩时，只考虑未填满的那些 壳层中的电子-这些壳层称为磁性电子壳层。
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。
如Fe的原子序数26
2021/3/18
11
理论证明，当原子中的电子层均被排满时， 原子没有磁矩。只有原子中存在着未被排满的 电子层时，由于未被排满的电子层电子磁矩之 和不为零，原子才具有磁矩，这种磁矩称为原 子的固有磁矩。
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1. 原子结构的影响
所有的碱金属都是顺磁性的。碱土金属 (除Be外)也都是顺磁性的，以上两族金属元 素在离子状态时都与惰性气体相似，具有相 当的抗磁磁矩，但由于电子产生的顺磁性占 主导地位，故表现为顺磁性。稀土金属顺磁 性较强，磁化率较大，主要是因为这些元素 的原子4f层和5d层没有填满，存在着未能全 部抵消的自旋磁矩。
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4. 合金成分与组织的影响
当形成两相合金时， 在两相区范围内，其磁化 率随成分的变化呈直线关 系。
根据这些关系，结合 相图可对应画出磁化率随 成分的变化规律，如右图 所示：
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三、抗磁与顺磁磁化率的测量及应用
1. 用磁称法测量磁化率
由于抗磁与顺磁磁化率都很小，所 以要用较灵敏的测量方法，通常采用磁 称法进行测量，磁称也称为磁天平。
20XX年复习资料
大学复习资料
专 业： 班 级： 科目老师： 日 期：
第九章 材料的磁学性能
磁性材料具有能量转换、存储或改 变能量状态的功能，被广泛使用于计算 机、通讯、自动化、影像、仪器仪表、 航空航天、生物等技术领域，是重要的 功能材料。

磁学与磁性材料

磁学与磁性材料磁性材料是一类特殊的材料，具有吸引或排斥铁磁物质的能力。

磁学是研究磁现象和磁性材料的学科。

本文将对磁学和磁性材料的相关概念、应用和发展进行探讨。

一、磁学的基本概念磁学是物理学的一个分支，主要研究磁性现象和磁性材料的性质。

它涉及磁场、磁矩、磁感应强度和磁化强度等基本概念。

磁场是指周围存在磁流的区域，它可以由磁铁、电流或磁体产生。

磁矩是物质内部微小的磁元件，它具有带电粒子产生的磁性。

磁感应强度是磁场对空间中的磁性物体施加的作用力，可以用来描述磁场的强度和方向。

磁化强度是磁性材料在外磁场作用下磁化的程度。

二、磁性材料的分类与性质磁性材料可以根据其磁性质分为铁磁材料、顺磁材料和抗磁材料。

铁磁材料具有明显的自发磁化特性，如铁、镍、钴等。

顺磁材料受外磁场作用后，磁化方向和磁场方向一致，如氧化铁、铁氧体等。

抗磁材料不具备自发磁化特性且在外磁场下磁化弱，如铜、银等。

磁性材料的性质与其微观结构密切相关。

在铁磁材料中，微观磁矩相互作用导致自发磁化；在顺磁材料中，外加磁场作用下，电子磁矩与磁场方向一致；在抗磁材料中，微观磁矩相互作用导致自发磁化方向相反。

三、磁性材料的应用领域磁性材料在众多领域中都起着重要作用。

在电子技术领域，磁性材料广泛应用于电感器、变压器、磁盘驱动器等设备中；在能源领域，磁性材料用于制造磁能转换器件，如风力发电机、水力发电机等；在医学领域，磁性材料在核磁共振成像、磁控释药等方面具有广泛应用；在磁记录领域，磁性材料用于制造硬盘、磁带等存储设备。

四、磁学与磁性材料的发展趋势随着科学技术的不断进步，磁学和磁性材料领域也在不断发展。

一方面，磁学的理论模型和磁性材料的制备工艺不断改进，使得磁性材料的性能得到了提升；另一方面，新型磁性材料的研究和应用也不断推进，如自旋电子学材料、磁性纳米粒子等。

这些新材料和新技术的出现，不仅给电子技术、信息技术和能源技术等领域带来了新的发展机遇，还为科学家们研究磁学现象和磁性材料的本质提供了更多的实验条件和理论基础。

2003年 磁学真题2

2003年第二期博士生入学考试专业基础试卷导师姓名： 考生姓名：说明：本试卷共2页12题，每题10分，可任选10题。

另外2题作为附加题，参考加分。

1. 简述顺磁性、抗磁性、铁磁性、反磁性的物理特征，并比较它们的磁化率的温度关系有何不同。

此外，请推证金属导电电子的顺磁性（泡利顺磁性）磁化率FB E n 232μχ=，其中，n 单位体积内的电子数，E F 费米能。

2. 孤立原子的磁矩由几部分组成？以Fe 26为例，试用洪德法则分析：当铁（Fe 26）组成晶体时有轨道角动量冻结现象，试简述轨道角动量冻结的本质及其对磁矩的影响。

3. 请分别从唯象理论和交换作用理论说明，何谓铁磁性物质的自发磁化和居里温度（不考虑反铁磁和亚铁磁情况）？4. 在解释磁性起源时，我们常用局域电子模型和巡游电子模型。

请简述何谓局域电子模型和巡游电子模型？RKKY 理论是如何解释稀土金属磁性的？并请阐明能带理论解释Fe 、Co 、Ni 磁性的物理图象。

5. 什么是磁晶各向异性？并说明其物理来源。

此外，请论证立方晶系的磁晶各向异性能可表示为：23222122123232222211)(αααααααααK K E K +++=，其中，αI 为方向余弦。

6. 什么是磁畴？从物理上如何决定磁畴结构？从实验又如何观察？7. 请简述布洛赫（Bloch ）壁及奈尔(Neel)畴壁的特性。

8. 起始磁化过程的大致阶段和基本方式是什么？（辅以M-H 曲线说明）9. 剩磁、矫顽力、最大磁能积是如何定义的？并请证明，对于具有单轴各向异性的磁体，在一致转动机制下，沿易磁化方向和垂直易磁化方向的矫顽力分别为sMK02μ和0。

（K 为各向异性常数）10.有一已经磁化的永磁体，其形状为长方体，现沿一处裂开成两块（如下图所示），请问裂开后的两块磁体能否再沿裂缝自动合并成原样？并请说明理由。

11.设有n 个原子在分子场)(T M H m⋅=λ的作用下，其磁矩为)()(y B J ng T M J B J μ= ,其中，)(y B J 为布里渊函数，而m B B J H TK Jg y μ=.试推证出：（1）居里—外斯定律；（2）居里温度λμ⋅+=BB JC K J J ng T 3)1(22。

材料物理性能-第6章-磁学性能

1) 正常顺磁体，其 随温度变化符合 l／T关系，
如，金属铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属等。
2) 与温度无关的顺磁体，例如锂、钠、钾、铷
等金属。
铁磁体 在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度。
是很大的正数，且与外磁场呈非线性关系变化。
具体金属有铁、钴、镍等。 铁磁体在温度高于某临界温度后变成顺磁体。 此临界温度称为居里温度或居里点，常用Tc表示。
式中 m 称为磁化率。
2. 磁学物理量和电学物理量的对比记忆
一、电极化：在外电场作用下，介质内的质点（原子、分子、 离子）正负电荷重心的分离，使其转变成偶极子的过程。
或在外电场作用下，正、负电荷尽管可以逆向移动，但它们 并不能挣脱彼此的束缚而形成电流，只能产生微观尺度的相 对位移并使其转变成偶极子的过程。
设铁磁体原来的尺寸为l0 ，放在磁场中磁化时，其尺寸变 为 l ，长度的相对变化为，
原子的磁矩
《材料物理性能》——材料的磁性能 原子的磁矩
原子的磁矩
《材料物理性能》——材料的磁性能 原子的磁矩
《材料物理性能》——材料的磁性能 原子的磁矩
《材料物理性能》——材料的磁性能
抗磁性来源 理论研究证明，在外磁场作用下，一个电子的轨
道运动和自旋运动以及原子核的自旋运动都会发生变 化，产生一附加磁矩m。
二、磁化：是指在物质中形成了成对的N、S磁极。
三、电荷——磁极，电荷量——磁极强度
两个磁极间的相互作用力与两个电荷间的相互作用力表达式 相似。所不同的是公式中一个有真空介电常数o ，一个为真 空磁导率 o
偶极子：构成质点的正负电荷沿 电场方向在有限范围内短程移动， 形成一个偶极子
E -q
电偶极矩 ：=ql
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在离子状能的 Fe2+ Fe3+ Co 2+ Ni 2+ Cu 2+ Zn 2+ Mn2+ 4µ B 5µB 3µB 2µB 1µB 0 5µB
与上面的计算相比可以发现这些过渡金属元素的轨道磁矩都消失，只有自旋磁矩存在。这是因 为 3d 电子受外场的影响大，轨道磁矩几乎消失的原故。所以对于 3d 金属的离子，仅考虑它的自旋 磁矩就可以，即：
µv S
=
−2µ B sv
=
−2 ×
µB
×
1 2
=
µB
(2.0023 µBsr )
电子的自旋方向只有两个，所以自旋磁矩也只有正负两个方向。
轨道和自旋的磁矩的最小值都为一个玻珥磁子 µB ！
2) 原子或离子的磁矩 多电子的原子的轨道磁矩
v L
:所有电子的轨道角动量的和
µvL = −µB Lv
多电子的原子的自旋磁矩
④合金的磁矩 (Slaer-Pauling 曲线) 3d 过渡金属元素之间的合金的磁矩已经被系统研究了，原子的饱和磁矩的变化如下图所示：
a) 至今为止，由合金化能得到的原子磁矩的最大值为 2.5 MB。 b) 合金由周期相接近的元素组成时，其原子磁矩与合金元素无关，仅取决于平均电子数。 c) 当比 Cr 的电子数少（3d 轨道电子数不足 5）时，不会产生铁磁性。
L2
v I1I 2dl1 ×
v dl2
×
rv21
r221
∫ ∫ [ ( )] F21
=
µ0 4π
L1
L2
v I1I2dl1 ×
v dl2
×
rv12
r122
一根导线在某一处的磁感应强度：
∫ ∫ [ ] v
B
=
µ0
4π
L1
L2
v I1dl1
×
rv12
rv12
物质的磁性 1) 单个电子的磁矩
从电磁学上可知，一个圆环的导线上面有电流流过时所产生的磁矩：
无限大均匀磁荷两侧的磁场强度
磁矩在磁场中的力矩 磁矩在磁场中的能量 磁矩在磁场中所受的力 两根导线间的相互作用力：
H = σ m [A m]
2µ0
T
=
µv
×
v H
=
mHSinθ
σ m :磁荷的面密度
U
=
−µv
⋅
v H
=
−µHCosθ
F = −µ dH dx
∫ ∫ [ ( )] F12
=
µ0 4π
L1
=
3 2
× 4µB
=
6µB
Fe 3+
因为 失去 2 个 s 电子和 1 个 d 电子，所以 d 层电子还剩 5 个。
S = 1×5= 5 22
L = 2+1+ 0−1− 2 = 0 J =S = 5 2
g =2
∴µ
=
−gµB J
=
2×
5 2
µB
=
5µ B
Co 2& 9 ，g = 3
2) 相关的一些量
∑ 磁化强度 M = 1
V
µi 物质的磁性强弱就是看物质中的磁化强度的变化
[ ] 磁场强度 H
磁感应强度
B
=
µ0H
+
M
Wb m2
(B = H + 4πM )(Gauss)
磁化率 χ = M H
χ = M (MKS单位)
µ0H
B = µ0H + M
emu g
χ 单位 CGS emu cm3 ＝ χ 4π 无量纲
emu mol
3) 测量的内容 ① M-H 曲线
在磁场强度变化时，磁化强度怎么变化？不同的磁性体的磁化强度随磁场的变化关系不一样， 可以有直线的，曲线的，有饱和的，有非饱和的。
1.抗磁体 diamagnet (弱抗磁性和完全抗磁性)
2.顺磁体 χ = 10−5 ~ 10−2 (paramagnet)
( ) µv = µ0I πa2 nv
这里 I 为圆环导线上的电流，a 为圆环的半径， nv 为圆环面的法线方向。
电子的轨道磁矩 设原子内部的某一电子，处在某一个半径为 a 的圆形轨道上围绕原子核转动的频率为 f，则电子
的运动速度可以写成：
υ = 2πaf
∴ I = − eυ 2πa
由此所产生的磁矩为：
v S
:电子的自旋角动量的和
µvS
=
−2µ
B
v S
原子的总的磁矩为
( ) µv
=
µvL
+
µvS
=
−µB
v L
+
v 2S
因为在同样的角动量的条件下，自旋的对磁矩的贡献大于轨道，所以总的磁矩 µ 不能单纯地写
成
µv
=
µB
v J
，
µv
和
v J
的大小和方向都不相同。但可以写成
µ = −gµB J
其中 g 一个与电子的运动轨道相关的常数，也被称为分光因子。其大小为：
复习 能够自由旋转的磁针可以具有南北指向的功能。磁针的两端分别成为磁极，指向南极的一段成
为南极(S 极)，指向北极的称为北极(N 极)。这两端具有强的吸引磁性体的作用，而中间部分的吸引 力则较弱。
磁荷：磁铁的两端为磁极，磁极的强度为磁荷，其单位为：韦伯 Wb，这是一个很大的单位。
[ ] 两磁荷间的力： F = 1 ⋅ q m1q m2 N
反铁磁性物质的磁矩在 Neel Temperature 以下随着温度的升高而增大，当温度超过 Neel 温度时， 则会随着温度的升高而减小，所以在 Neel 温度处出现一个极大值，这是反铁磁体的一个特征。
从
M-T
曲线的计算可以得到
1 χ
−T
曲线，
从
1 χ
−T
曲线可得
Curie-Weiss
温度，也可以求得
所以自旋磁矩为
S = 1×5− 1 = 2 22
µs = 2SµB = 4µB
轨道角动量 L 为总角动量 J：
L = 2+1+ 0−1= 2， J = L + S = 4
轨道磁矩为：
µL = LµB = 2µB
从 S， L 和 J 的值可以计算出分光因子为： g = 3 2
∴µ
=
µL
+
µS
=
−gµB J
µeff = gµB J (J + 1) 。
居里定理(Curie)：物质的磁化率与温度成反比，即：
χ =C T
居里－外斯定理(Curie-Weiss)：物质的磁化率与温度的关系可以表示为：
χ= C T −Θ
对于顺磁体，Θ＝0；对于铁磁体，Θ＝TC；但对于反铁磁体，Θ=Ta (不是 Neel 温度 TN)。
( ) µv
=
− µ0eυ πa2nv 2πa
=
− µ0e 2m
⋅ mυanv
=
− µ0e 2m
hlv
hl = mυanv : 沿轨道中心旋转的电子的角动量(量子力学中)
l = 1,2,L是量子化指数。因为 l 是量子化的， µ 也是量子化的。
所以由于电子运动所产生的轨道磁矩(磁偶极子) µ L 为：
4) 稀土元素的磁矩 稀土原子的磁矩是有内层的 f 电子所产生的，因为 f 电子不容是受到外层电子以及外场的影响，
所以不论是在离子状态还是在金属状态下都能很好的永上述的方法来计算。
µ = −gµB J
µeff = gµB J (J + 1)
磁性测量 1) 测量方法
磁天秤: magnetic balance 振动型磁测量仪: Vibrating Sample magnetometer (VSM) 直流量子干涉仪: Super-conducting Quantum Interference Device (SQUID)

其它(mictomagnetism和spin − glass)

顺磁性
磁性体弱磁性反泡铁利磁顺性磁性

超顺磁性
抗磁性强弱抗 抗磁 磁性 性（超导体）

具有 d 能带或 f 能带没有全填满的元素，即具有原子磁矩的元素都是顺磁体，其他的都是抗磁 体元素，除了 O 和 Al 例外。过渡金属左侧的碱金属和碱土金属是顺磁元素，而右侧的元素是抗磁 性元素。
② 磁滞回线 一般研究铁磁体 从此曲线(除了饱和磁强度外)可以剩余磁化强度，顽强力，能量消耗大小，根据此曲线的形
状可以分为软磁体和硬磁体。
超软磁体 H c < 10−2 Oe(1 A m)
( ) 软磁性物质 H c = 10−2 ~ 100 Oe ~ 1 ~ 102 A m ( ) 硬磁性物质 H c = 102 ~ 104 Oe ~ 104 ~ 106 A m
2003 年 12 月 16 日星期二
磁学性能和磁性材料
在学童的时候，我们都接触过磁现象：磁铁吸引铁片，同极现斥，异极相吸，接触过磁铁的大 头针用细线吊起来会自动南北指向，磁铁上的铁屑(xie)会形成毛刺并构成连线等等现象。
磁和磁现象的根源是电流，或者说，磁及磁现象的根源是电荷的运动。 所有的物质都是磁性体。
4πµ0 r 2
磁荷在磁场中的受力 F = qm H H = F qm [N Wb] → [A m]
磁荷的磁场强度
H = 1 ⋅ qm 4πµ0 r 2
在同轴方向上
这里， µ0 :真空磁导率， µ0 = 4π ×10−7[H m] ， qm1, qm2 为点磁荷 [Wb]，
间的距离 [m]。
磁矩 µ = qm L[Wb ⋅ m]