磁学研究现状与发展趋势.pdfVIP

2013-04-24 磁学研究现状与发展趋势 主要内容  现代磁学发展简史  新磁学研究的特点与发展趋势  新磁学研究方向  举例 1 2013-04-24 现代磁学发展简史 • 1894年居里确定了顺磁磁化率与温度成反比的实验定律 （居里定律） • 1905年朗之万将经典统计学应用到原子磁矩系统上，推导出 居里定律 • 1907年外斯（Weiss ）假设分子场，解释了自发磁化。 • 经典磁学的困难：无法解释原子磁矩的大小；不能说明分子 场的起源。 • 1924年乌伦贝克和古德施密特发现电子自旋-量子力学效应 • 1926年海森堡揭示了分子场的微观机制-交换作用 • 斯托纳、斯莱特和莫特提出巡游电子模型--过渡金属的非整 数磁矩 现代磁学发展简史 在基本磁学问题研究取得不断进展的同时，磁性材料的应 用也得到了快速发展。 在工业化推动下，上个世纪早期低矫顽力的软磁材料迅速 发展，相继出现了硅钢、坡莫合金等软磁材料。之后，在 无线电技术需求的推动下，40年代又发展了适用于射频的 磁粉介质、铁氧体材料，特别是后者，为电子技术带来了 翻天覆地的变革。 与和软磁材料不同，去掉磁场后仍能保持磁性的材料称为 永磁材料。按照磁体成分划分，永磁材料的发展历程可以 分为三个阶段。第一阶段：金属磁体，碳钢、钨钢及钴钢 等；第二阶段：铁氧体；第三阶段：稀土永磁材料。 永磁材料在微波通讯、音像和数字纪录、信息技术以及工 业、国防和日程生活等各领域的应用极为广泛。 2 2013-04-24 现代磁学新磁学过渡  经过近一个世纪的探索，对传统磁性基本问题的认识逐渐趋于成熟  尽管还存在一些有待于进一步澄清的问题，整体来讲基本磁学理论已经 建立，对磁相关现象的认识不断深化，从表面到本质、从宏观到微观，解 释也逐渐趋于完善。  对非强关联电子磁系统，已经可以从理论上准确预言体系的基态磁结构、 磁化强度、电子自旋极化率。 有关传统固体软磁和硬磁性的研究，已逐渐成为材料科学问题，而较少 在凝聚态物理领域讨论了，磁学研究的重心逐渐从传统磁学转向以自旋电 子学为标志的新磁学研究——磁电子学。 新概念 新效应 新规律 新磁学研究是以自旋电子学概念的提出为起点的。电子具有电荷 和自旋自由度，但传统的微电子学器件功能设计主要是基于电荷， 微电子技术 忽略了自旋自由度。实际上，随着研究的深入，人们发现低维纳 信息技术 米尺度的体系中自旋自由度在很多方面优于电荷，例如退相干时 纳米科技 间长、能耗低等。充分利用电子的自旋属性，有可能获得功能更 强大、操控更方便、处理速度更快的新一代微电子器件。以此为 契机，作为凝聚态物理的一个新的分支-- 自旋电子学出现了。 新磁学研究的特点与发展趋势 1.更加注重和其他学科的交叉融合 自旋电子学和半导体物理的交叉融合。以半导体作为自旋输运、操纵的载体， 探索自旋运动规律，实现磁调控与电调控的有机结合。结合了磁性物理与半 导体物理的磁性半导体、稀磁半导体是过去十年中凝聚态物理的重点研究方 向之一。 与信息物理、技术的交叉。信息技术的关键是信息的存储、传输与处理。 磁记录在一个时期内将仍然是超高密度信息存