物质的各种磁性 优质课件

pm
0
分子磁矩 pm与外磁场取向一致的几率增大。
M pm B
pm pm
B0
pm
0B0
高速旋转的电子受到洛仑兹
力将产生进动。
角动量定理：
M
dL
dt
dL Mdt
Z
' d
L dL
pm dL ·
dL Mdt
M
pm
dL r
X ZO
mg
YM pm B
L B
pm
结论附：加电磁子矩进动pm产总生是的
（1）磁化曲线
B
SM
C
A
o
(a) H S H o
(b) H o (c) H
（2）磁滞回线
BR
S
H S
HS
o
H
S
R
(a) B—H磁滞回线
MR
S
H S
o
HS
H
S
R
(b)M—H磁滞回线
（3）磁滞伸缩
铁磁质在磁化过程中，会发生长度和体积的改变，此现象 称磁滞伸缩。
（4）居里点
（3）铁磁质：附加磁场 很大，且与外磁场 同向
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2、铁磁质的磁化机理——磁畴理论
铁磁质是由一些自发磁化的区域--磁畴构成
多
单
晶
晶
体
体
H
o
有磁矩不为零。
铁磁质加热到一定温度后，铁磁性会消失而改变为普通
附加磁矩 总是
高速旋转的电子受到洛仑兹
铁磁质是由一些自发磁化的区域--磁畴构成
定义：磁介质的磁场中，某点单位体积中分子
高速旋转的电子受到洛仑兹
附加磁矩 总是

I =NgµBJ BJ(a )
BJ(a)是布里渊函数。在铁磁性时，HwI代替H，则
a = gmB J (H wI )
x代替a， 磁化强度I为
kT
I = NgmB JBJ (x)
x = gmB J (H wI )
kT
H=0 x = gmB Jw I
KT
物质的各种磁性
信息物理基础
用分子场讨论以下几个问题
到的有效原子磁矩是不一致的。 由高温磁化率求得有效磁矩
Fe: 3.15 MB
Co: 3.15MB Ni: 1.61MB
( 2.2MB )
( 1.7MB ) ( 0.6MB )
物质的各种磁性
3.居里温度qf与交换积分J的关系
一对自旋Si和Sj之间的交换能为 (J>0为铁磁性)
Eeij = 2JSi S j 对于z个近邻原子 Ee = 2JSi zS j S j 是z个的平均值
半经典理论：每个原子内有z个电子，每个 电子有自己的运动轨道，在外磁场作用下，电 子轨道绕H进动，进动频率为w。称为拉莫尔进 动频率。由于轨道面绕磁场H进动，使电子运 动速度有一个变化dv。使电子轨道磁矩增加dm， 但方向与磁场H相反，使总的电子轨道磁矩减 小。如果q>p/2(电子旋转方向相反),则进动使电 子运动速度减小，使在磁场H方向的磁矩减小， 所得磁化率仍是负的。总之，由于磁场作用引 起电子轨道磁矩减小，表现出抗磁性。
( ) 估算分子场为： Hm = wI wNM = 0.85 x109 Am1 1.1x107 Oe
静磁相互作用产生的罗伦兹场：H = 1 I = 5.8x105 Am1 ( 7400Oe)
3m0
物质的各种磁性
利用J=1/2，1，的布里渊 函数的计算值与实验结果比 较。得到

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（三）物质磁性的特殊性和多样性
1. 电子交换作用 原子内具有未成对的电子使得原子的固有磁矩不为零是物质磁性的 必要条件。但是，由于近邻原子共用电子（交换电子）所引起的静电作 用，及交换作用可以影响物质的磁性。交换作用所产生能量，通常用A 表示，称作交换能，因其以波函数的积分形式出现，也称作交换积分。 它取决于近邻原子未填满的电子壳层相互靠近的程度，并决定了原子磁 矩的排列方式和物质的基本磁性。一般地： 当A大于零时，交换作用使得相邻原子磁矩平行排列，产生铁磁性 （Iferromagnetism）。 当A小于零时，交换作用使得相邻原子磁矩反平行排列，产生反铁磁 性（Antiferromagnetism）。 当原子间距离足够大时，A值很小时，交换作用已不足于克服热运动 的干扰，使得原子磁矩随机取向排列，于是产生顺磁性 （Paramagnetism）
原子内的电子做循轨运动和自旋运动，所以必然产
生磁矩。前者称为轨道磁矩，后者称为自旋磁矩。
电子的循轨磁矩
Pl =
eh
4m
l(l 1)
电子的自旋磁矩
Ps
=
eh
2m
s(s 1)
e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量；l:轨 道量子数；s:自旋量子数。
原子核的磁矩比电子磁矩小三个数量级，一般情况 下可忽略不计。
1 弱抗磁性 例如惰性气体、金属铜、锌、银、金、 汞等和大量的有机化合物，磁化率极低，约为-10-6，并基 本与温度无关；
2 反常抗磁性 例如金属铋、镓、碲、石墨以及γ-铜 锌合金，其磁化率较前者约大10-100倍，Bi的磁化率χ比 较反常，是场强H的周期函数，并强烈与温度有关；
3 超导体抗磁性 许多金属在其临界温度和临界磁场 以下时呈现超导性，具有超导体完全抗磁性，这相当于 其磁化率χ=-1.

一个周期扫过的面积：
S d S T 1 r 2d t 1T m r 2d t 1T L d t L T
02 2 m 0
2 m 0 2 m
因此
miS e L
2me
二、量子表示式
mn e 2me
nmB
mB
e 2me
—— 玻尔磁子
三、分子电流和分子磁矩
分子电流：把分子或原子看作一个整体，分子或原子中 各个电子对外界所产生磁效应的总和，可用一个等效的圆 电流表示，统称为分子电流。
1
H＝ Ir2
2R
2
1
由B＝H，得
B＝ 0 2
Ir2 R2
1
（3）在圆柱面外取一点，它到轴的垂直距离是r3，以r3
为半径作一圆，根据安培环路定理,考虑到环路中所包围的 电流的代数和为零，所以得
H
d
l
H
2r3
0
d
l
0
即 H 0
或 B0
§15.5 铁磁质
与弱磁质相比，铁磁质具有以下特点：
(1)在外磁场的作用下能产生很强的附加磁场。 (2)相对磁导率和磁化率 不是常数，而是随外磁场的变化而 变化；具有磁滞现象，B、之H 间不具有简单的线性关系。
分子磁矩：把分子所具有的磁矩统称为分子磁矩，用符
号 表m示。
电子的进动：在外磁场 的B作0 用下，分子或原子中和每
个电子相联系的磁矩都受到磁力矩的作用，由于分子或原 子中的电子以一定的角动量作高速转动，这时，每个电子 除了保持环绕原子核的运动和电子本身的自旋以外，还要 附加电子磁矩以外磁场方向为轴线的转动，称为电子的进 动。
第15章节物质的磁性
【学习目的】
1、了解顺磁质、抗磁质和铁磁质磁化过程的宏观特征和规 律。 2、了解原子的磁矩及磁介质的磁化过程。