第一讲固体的磁性.ppt

Fig.14 第六十三页，共九十二页，2022年，8月28日 超精细互作用及应用 超精细互作用 顺磁体中顺磁离子磁矩与原子核磁矩发生的相互作用 超精细结构 可用来研究杂质或缺陷的结构及电子状态 第六十四页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig.15 第六十五页，共九十二页，2022年，8月28日 Table .2 第三十一页，共九十二页，2022年，8月28日 反铁磁体 在某些场合，原子间的互作用量子力使得相邻离子（原子）的磁矩方向相反，导致总的不表现出磁性。 在外场下，表现为特有的顺磁性，并有显著的各向异性。 多为过渡金属的化合物，CrCl2、MnO、NiO、CoO、FeF2、VCl3、V2O4等 第三十二页，共九十二页，2022年，8月28日 亚铁磁体 固体中含有两种大小不等的固有磁矩的离子（原子），而这些离子（原子）间的量子作用力使其磁矩方向相反，由于他们的M大小不等，结果仍存在一定的总磁矩。在此情况下，与铁磁体类似，也显现出自发磁化强度。 Fe3O4 (FeO·Fe2O3) MnFe2O4、CoFe2O4、NiFe2O4、Y3Fe5O4、Gd3Fe5O12等 第三十三页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig.1 第三十四页，共九十二页，2022年，8月28日 第三十五页，共九十二页，2022年，8月28日 当铁磁（或亚铁磁）颗粒的尺寸小于磁畴的最小尺寸时，每个颗粒将只能包含一个单畴。 一般磁畴的最小尺寸是微米量级，因此每个MNP都是一个单畴，称为单畴铁磁。 当MNP的尺寸足够小时，热涨落足以随机地翻转一个MNP的M的方向；这被称为超顺磁，即每个MNP依然是铁磁（或亚铁磁），但是各个MNP的M却像顺磁体系中的原子磁矩一样，受热涨落的影响随机排列。 超顺磁与顺磁类似，不存在磁滞现象，也就不存在磁滞产热机制。 第三十六页，共九十二页，2022年，8月28日 第三十七页，共九十二页，2022年，8月28日 与超顺磁直接相关的磁驰豫机制：Néel驰豫， 驰豫时间（τN）由Néel-Arrhenius公式给出， Τ0：由材料的自旋动力学决定的本征驰豫时间，又称“企图时间”（attempting time），其值一般在10^10-10^12s； Ka：磁各向异性能，它一般包含磁晶和形状各向异性两部分； Vm：磁体积。 第三十八页，共九十二页，2022年，8月28日 §2 固体的抗磁性 芯电子的抗磁性 Langevin 抗磁磁化率 自由电子抗磁性 Landau抗磁性 de Hass – Van Alphen效应 第三十九页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig.2 第四十页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig.3 第四十一页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig.4 第四十二页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig.5 第四十三页，共九十二页，2022年，8月28日 §3 固体的顺磁性 原子（离子）的磁性 Hund定则 朗之万顺磁磁化率 自由电子顺磁性（Pauli顺磁性） 第四十四页，共九十二页，2022年，8月28日 引起顺磁性的主要原因 固体中存在具有固有磁矩的顺磁离子 固体中自由电子的自旋磁矩 固体中存在束缚于缺陷或杂质上的单个电子的自旋磁矩 上述固有磁矩在外场中的转向 顺磁性 第四十五页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig. 6 Fig. 7 第四十六页，共九十二页，2022年，8月28日 Hund定则 满足Pauli原理的条件下，原子自旋量子数S取最大值 满足Pauli原理的条件下，S取最大值的各状态中，原子轨道角动量量子数L也取最大值 若壳层内电子数不到半满，则J=|L-S|；若超过半满，则J=|L+S| 第四十七页，共九十二页，2022年，8月28日 Table .3 第四十八页，共九十二页，2022年，8月28日 Table .4 第四十九页，共九十二页，2022年，8月28日 第五十页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig.8 第五十一页，共九十二页，2022年，8月28日 Table .5 第五十二页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig.9 第五十三页，共九十二页，2022年，8月28日 §4 电子顺磁共振 共振原理 弛豫时间 超精细互作用及应用 第五十四页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig. 10 第五十五页，共九十二页，2022年，8月28日 Fig.11 第五十六页，共九十二页，2022年，8月28日 第五十七页，共九十二页，2022年，8月28日 第五十八页，共九十二页，2022年，8月28日 第五十九页，共九十二页，2022年，8月28日 弛豫时间 自旋--晶格弛豫时