第一讲 固体的磁性.ppt

MFH应用于肿瘤等疾病的无创治疗原理简图 有关磁学的Nobel物理学奖(I) 1902 塞曼效应 P. Zeeman, H. A. Lorentz 有关磁学的Nobel物理学奖(II) 有关磁学的Nobel物理学奖(III) 1966 光磁共振方法 A. Kastler 有关磁学的Nobel物理学奖(IV) 2007 巨磁阻效应(GMR) Peter Grünberg , Albert Fert §1 一般论述 1.1 固体的磁化率 χ(susceptibility) 真空磁导率 磁化强度矢量 磁化率 相对磁导率 物质磁性分类 1.2 物质磁性分类 按物质在外场中表现的特性 按化学成分 按物理方法 按物质在外场中表现的特性分类（磁化率的大小及正负） 顺磁性材料 弱磁性物质 抗磁性材料 铁磁性材料 ---- 强磁性物质（磁性材料） 磁性材料 软磁性材料（剩磁较小） 剩磁弱，易去磁，适于反复磁化的场合 例如：半导体收音机天线磁棒，录音机磁 头，电脑记忆元件，变压器，交流发电机，电磁铁，各种高频元件的铁芯等 硬磁性材料（剩磁较大） 剩磁强，不易退磁，可制成永磁铁 例如：磁电式仪表，扬声器，话筒，永磁电机等电器设备 按化学成分分类 软磁：软铁、硅钢、镍铁合金 金属磁性材料 硬磁：碳钢、钨钢、铝镍钴合金 铁氧体 按物理方法分类 抗磁体 顺磁体 铁磁体 反铁磁体和亚铁磁体 抗磁体 经典抗磁体 “反常”抗磁体 超导体 Table .1 顺磁体 正常顺磁体 Χ与温度无关的顺磁体 Table .1 铁磁体 Χ 0 |Χ|很大，约为顺磁体的 105--106 Χ依赖于外磁场 Table .1 Table .2 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 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 Fig.1 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。 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。 §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 Fig.2 Fig.3 Fig.4 Fig.5 §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） 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 Fig. 6 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| Table .3 Fig.8 Fig.9 §4 电子顺磁共振 共振原理 弛豫时间 超精细互作用及应用 Fig. 10 弛豫时间 自旋--晶格弛豫时间 高能级上电子通过与晶格原