磁性物理剖析.ppt

* 磁性是物质的基本属性，也是人类最早研究和开发利用最广泛的物理性质，如今磁性的应用已经深入到人类生活的各个方面，无论是生活、生产还是科学研究中，磁性材料的利用和磁现象的研究和应用已经发展到十分普及和无法替代的程度（见附图说明）。所以了解物质磁性，已经成为我们从事现代生产，熟悉现代生活的必要准备。在科学研究中，磁性不仅自身的深入研究从未停止过，而且也已成为众多学科的重要研究手段，近十几年来，由于巨磁阻现象的发现而催生的自旋电子学又为磁学开辟了新的更为广阔的应用前景，成了二十一世纪初最为科技界关注和最有前途的研究方向之一。磁性物理课主要介绍凝聚态物质各种磁性的形成机理及宏观表现，磁有序的各种理论，外磁场作用下磁性物质内部的相互作用过程以及磁性应用的相关问题。 该课程为本科生应用物理专业固体物理课之后的选修专业课，授课52学时，计3个学分。 《磁性物理学》课程简介 科学研究表明： 近自我们的身体和我们居住的地球，远至月球、太阳和各类天体；小至原子、原子核和基本粒子，大至天体和宇宙空间，构成它们的各种物质都具有磁性，它们所在的空间都存在磁场。 也就是说： 任何物质都具有或强或弱的磁性，任何空间都存在或高或低的磁场。可以认为：磁性是普遍存在的，我们就生活在磁的世界里。 因此了解物质磁性的起因，是人类认识世界的一个重要方面，而如何利用磁性也一直是人类所追求的目标，如今人类认识和利用磁性都已经达到了很高的水平，人类生产、生活和科学研究中，磁性的应用几乎无处不在。 磁性的应用已经遍及人类生产、生活的各个领域，磁的应用几乎无所不在。 磁性应用促进社会发展的实例： 任何机械能和电能的转换以及电能的输送，都是以利用磁性和磁性材料为前提的。磁性材料在发电机、电动机和变压器中的使用，保证了电气化的实现。没有对磁性的认识以及对磁性材料的深入研究，就没有电气化的实现，也就没有人类的现代文明。近几十年来纳米软磁材料以及稀土永磁材料的出现都对人类社会的电气化继续起着巨大推动作用。 磁记录、磁存储技术的不断发展促成了计算机的高速化和小型化，推动了人类信息化社会的到来，如今各种磁带、磁卡、磁盘已经成为我们生活学习中不可或缺的工具，也成为现代电子商务的支柱。上世纪末发现并开始利用的巨磁阻现象还将为21世纪人类社会的信息化带来更大的推动。 磁性在家用电器中的应用：扬声器；小型电机；磁带；磁头；磁密封圈；天线；偏转磁芯等。 见章综书P154 现代汽车需要使用几十个小型永磁电动机和其它磁控机械元件。 见章综书 p153 宇航员头盔的密封是纳米磁性材料的 最早重要应用之一----磁性液体 磁浮火车示意图 磁储氢汽车示意图 见章综书 p222 进一步的应用举例： 磁冰箱原型机 磁冰箱很可能在某一天取代您厨房中的传统电冰箱 June 23, 2004 偏转磁铁： 12台 常规扭摆磁铁：1台 超导扭摆磁铁：1台 聚频磁铁： 1台 4 极磁铁： 32台 6 极磁铁： 16台 另有：冲击磁铁、 切割磁铁等 在科学设备中的应用 结论： 没有磁的应用，现代文明是不可想像的。 了解物质磁性，已经成为我们从事现代生产，熟悉现代生活的必要准备，更是我们可以选择的研究方向。 O’Handley 2000年在他的书中写道：美国来自硅谷的磁性元件产值，已经大于在那里制造的半导体元件产值，这是磁性元件在信息工业中地位迅速提高的最好说明。 Global market for magnetic materials the total in 1999 was about 30b$. 全球市场：300亿美元 20世纪80－90年代是磁性材料发展史上辉煌的一页：(3d-4f)稀土磁性材料；非晶，纳米晶磁性材料；磁电子材料等横空出世，开创了磁性材料新纪元。 20 世纪80～90年代磁学的重大发展： 1984年 NdFeB稀土永磁材料的发现 Sagawa(佐川) 1984年德国的H.Gleiter教授等合成了纳米晶体Pd, Fe等。 1988年由非晶态FeSiB退火通过掺杂Cu和Nb控制晶粒成为新型的纳米晶软磁材料 1986年 Grunberg 发现Fe/Cr/Fe 三明治结构中Cr适当厚度产生反铁磁耦合。 1988年 Baibich等发现(Fe/Cr)多层膜的巨磁电阻效应。 1994年 Jin等在LaCaMnO3中发现了庞磁电阻（CMR）效应。 1995年 T.Miyazaki发现隧道磁电阻（TMR）效应 1993年 理