第章 磁体中的能量.pptVIP

(三) Fk与Hk的关系 磁晶各向异性能Fk可以理解为由于沿易磁化轴方向的一种各向异性等效场Hk的作用所产生。Fk等于Ms克服Hk所得到的能量： 五、磁晶各向异性的来源 关于磁晶各向异性的微观起源的理论研究，几乎与自发磁化的量子理论同时开始，早在1931年就有布洛赫与金泰尔、阿库诺夫、范弗列克、冯索夫斯基和布鲁克斯等人的工作，近期有曾纳、凯弗、沃尔夫以及芳田与立木等人的工作。 其具体模型可分为两大类： 以能带理论为基础的巡游电子模型 可用来解释3d铁族及其合金的磁晶各向异性。（由于 铁族金属离子状态过于复杂，其交换作用本身尚未得 到满意的解释，故这方面进展缓慢。） 以局域电子为基础的单离子模型与双离子模型 适用于铁氧体和稀土合金 单离子模型：等效的异性自旋哈密顿量。 双离子模型：包括磁偶极矩相互作用以及各向异性交换 作用。 (一)、双离子模型 1、磁偶极矩相互作用 按经典理论，电子自旋之间的磁相互作用能为： 这是一种长程作用，Em随rij的变化比较缓慢 当Si与Sj平行取向时： 对于均匀磁化的立方晶体该项能量是与方向无关的常 量。 对于单轴晶体，该项能量与方向有关。 但对于某些铁磁体而言，该能量数量级太小，不足 以完全解释观察到的磁晶各向异性。如：MnBi合金的 Fk～ ，而其磁偶极矩间相互作用能仅有 故只能把磁偶极矩相互作用视为产生磁晶各向异性的原因之一。 2、各向异性交换作用 离子间的各向异性交换作用产生于电子的自旋－轨道耦合与各向同性的海森堡交换作用的联合效应。 在电子自旋的相互作用中，除了各向同性的交换作用外，还要受电子自旋矩与轨道矩之间的耦合作用的影响。分布于晶格上的原子或离子，由于受到领近原子的电场作用，使电子轨道矩失去了在空间的方向对称性，，通过电子自旋矩与轨道矩的耦合作用，便产生了电子自旋间各向异性的交换作用能。范弗列克称之为“准偶 极矩相互作用”或“各向异性交换作用” 这个能量表达式与磁偶极矩作用能类似，可写为： 这是一种近程作用，其能量随rij的增大而迅速降低。 利用各向异性交换作用可定性解释某些单轴铁磁晶体的 磁晶各向异性。如：Co：计算值： ， 实验测定： 对于立方晶体，上式仍不随方向变化，需要考虑准四极 矩相互作用能，其中与方向有关的部分为： （二）、单离子模型(等效的异性自旋哈密顿量） 这是由于磁性离子本身的自旋－轨道耦合作用与晶体场的联合效应所产生的磁晶各向异性。 在离子化合物（如铁氧体）中，磁性离子被非磁性离子隔开，因此磁性离子间的各向异性交换作用较弱，不足以产生强的磁晶各向异性。但磁性离子受到很强的晶场作用，使磁电子的状态发生变化，造成轨道动量矩“部分冻结”，未被冻结的那一部分轨道动量矩受晶场的作用被固定于某些特定的方向上，通过自旋－轨道耦合，使自旋磁矩在空间的方向受到约束，从而造成各向异性。 在单离子模型中，磁晶各向异性能来源于每一个磁性离子的磁晶各向异性能 表示第i个次晶格的磁性离子的 平均自旋方向与晶位对称轴之间的夹角。 角标i表示离子所处的晶位 j表示离子所处的量子状态 显然，离子的各向异性能应为等效的异性自旋哈密顿量与分子场哈密顿量之和的本征值，而一旦求出 便可用波尔兹曼统计分布而求出系统的各向异性自由能。 理论与实验表明：铁氧体的磁晶各向异性主要来源于“单离子”机制，各向异性的交换作用以及磁偶极矩作用是次要的。 近10年来，单离子模型在计算稀土合金中稀土离子的各向异性方面也取得了很大的进展。 目前这一理论已经日趋成熟，并得到日益广泛的应用。 一、磁致伸缩现象与磁致伸缩系数 1、定义： 铁磁晶体在外磁场中磁化时，其形状与体积发生变 化，这种现象叫磁致伸缩。 a、磁致伸缩的三种表现： 线磁致 伸缩 体积磁致伸缩：铁磁体被磁化时其体积大小的相对 变化。 纵向磁致伸缩：沿磁场方向尺寸大小的相 对变化。 横向磁致伸缩：