原子抗磁矩.PPT

物质的磁性:磁源于电 Ho=I/(2r) Ho= nI Hr=I/(2πr) r r I H H 物质磁性的起源：磁源于电子的轨道和自旋运动Origin of Magnetism 电子的循轨磁矩: 电子的自旋磁矩: 电子的循轨磁矩: 电子的自旋磁矩: 电子的磁矩 e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量； l: 轨道量子数；s:自旋量子数。 外磁场（Z）方 向上的磁矩分量： 电子的轨道磁矩 ? 轨道电流产生的轨道磁矩为： 电子轨道运动的角动量为： 轨道角动量与轨道磁矩关系： 角动量的方向始终与轨道磁矩方向相反。 Pm=IS I L 原子的磁矩 电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性 原子构成晶体后，过渡族元素铁族3d，钯族4d，铂族5d，锕族6d壳层未满，由于晶场作用使电子的轨道角动量动结。F电子影响较小。 电子（轨道+自旋）磁矩 原子核的磁矩 物质磁性的本质 顺磁性物质的磁化 在强磁场中的順磁性物质 H=0时的順磁性物质 磁铁是怎么被磁化的呢？ M H 铁 磁 体 顺 磁 体 三. 磁化率?和磁导率? M H χ H 磁化率χ :反映物质磁化难易程度 (Magnetic Susceptibility) ： H = 0 H1 0 H2 H1 磁导率μ 磁性的基本量及单位 磁导率μ 磁感应强度: B (特斯拉) 磁化强度: M (安/米) 磁场强度: H (安/米) B M Hs H M B μ H 顺磁性物质的磁化 H = 0 H ≠ 0 磁性的分类 弱磁性: 1. 抗磁性： χ 是甚小的负常数，约~10-6数量级。M与H反向. 2. 顺磁性： χ 是正常数，约10-3 ~10-6 数量级. 3. 反铁磁性： χ 为甚小的正常数. 强磁性 4. 铁磁体： χ 为很大的正变数，约在10 ~ 10 6 数量级。 5. 亚铁磁体：与铁磁体相似，但χ 值较小，如磁铁矿（Fe3O4)。 M H 抗磁性 顺磁性 亚铁磁性 铁磁性 反铁磁 Classes of Magnetic Materials 顺磁性 顺磁性 定义: 当材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场的方向相同时，固体表现为顺磁性。 顺磁性物质的磁化率一般很小，室温下约为10-3~10-6 数量级。 原子内部存在固有磁矩(离子有未填满的电子壳层)。如过渡元素、稀土元素：3d-金属Ti,V; 4d-金属铌Nb, 锆Zr, 钼Mo，钯Pd；5d-金属(Hf, Ta, W, 铂Pt）。 自由电子的顺磁性大于离子的抗磁性。如：碱金属和碱土金属离子虽然是填满的壳层，但Li，Na, K，Mg， Al是顺磁性金属。 顺磁性物质的磁化率与温度 的关系服从居里-外 斯定律： 磁性的分类 抗磁性 定义: 当材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场的方向相反时，固体表现为抗磁性。 抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率χ 是甚小的负常数(M与H反向)，一般约为~10-6 数量级。 抗磁性是电子电子的循轨运动在外加磁场作用下的结果.任何金属都具有抗磁性. 金属中有一半是抗磁金属。Cu, Ag, Au, Hg, Zn, Bi等。(因抗磁性大于电子的顺磁性) 抗磁性 磁性的分类 运动电子在外磁场作用下，受电磁感应而表现出的特性。所有物质都具有抗磁性，但只有满壳层电子的原子才能表现出抗磁性来。 H i i μ ΔM ΔFe Fe μ ΔM 附加磁矩： 原子抗磁矩: 抗磁性 铁磁性 铁磁性 有一类物质如Fe,Co,Ni，室温下磁化率可达10 ~ 10 6 数量级，这类物质的磁性称为铁磁性 铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性（有剩磁）。各类磁性物质的-曲线示于下图 磁性的分类 铁磁性 铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，铁磁性消失。这一温度称为居里点其磁化率与温度的关系服从居里一外斯定律 铁磁性 磁性的分类 α-Fe→γ-Fe(910℃); γ-Fe →δ-Fe(1401℃); 1/χ 500 900 1300 t/℃ 铁在高温时顺磁磁化率的变化 反铁磁自旋有序，首先是由舒尔和司马特利用中子衍射实验在MnO上证实。MnO的晶体结构是Mn离子形成面心立方晶格，O离子位于每个Mn-Mn对之间。从中子衍射线，超过奈耳点的室温衍射图与奈耳点以下80K温度的衍射图比较，看到低于奈耳点的衍射图有额外的超点阵线，通过分析得到反铁磁的磁结构。 奈耳点以上 奈耳点以下 反铁磁性 磁性的分类 亚铁磁性体： 相邻原子磁体反平行，磁矩大小不同，产生与铁磁性相类似的磁性。一般称为铁氧体的大部分铁系氧化物即为