材料物理磁学部分3.pptVIP

材料物理（材料磁学部分） MnO的耦合键角示意图 超交换作用原理示意图 铁磁性与反铁磁性的本质 当n=5时，电子自旋只能取与3d电子自旋取向构成反平行排列的状态，如果O1-与右侧磁性离子间的交换积分A0，导致O1-两侧磁性离子磁矩间反铁磁性耦合。如果A0，则导致铁磁性耦合。 当n5时，电子自旋只能取与3d电子自旋取向相同的状态，如果O1-与右侧磁性离子间的交换积分A0，则导致铁磁性耦合，如果A0，则导致反铁磁性耦合。 铁氧体中的超交换作用类型 以氧离子作为中间媒介，两个不同价态的过渡族离子间的交换相互作用。 例如：La1-xCaxMnO3中Mn离子有Mn3+和Mn4+。此时与超交换作用不同，氧离子的一个p电子进入Mn4+中，该Mn4+离子变为Mn3+，而氧原子另外一边的Mn3+离子中的一个电子交换到氧原子的p电子轨道，这样Mn3+离子变为Mn4+。由于Mn4+离子中的电子是未半满(n5)，跳入到Mn4+的电子自旋与Mn4+离子的电子自旋平行耦合。而从Mn3+（电子填充也是未半满）离子跳入氧离子p轨道电子自旋与跳到Mn4+离子的电子自旋方向必然是相同的。因此Mn3+离子的电子通过氧离子作为中间媒介跳入到Mn4+离子，使Mn3+离子与Mn4+离子间呈铁磁性耦合。称为双交换相互作用。 4.2.3 RKKY理论 5 磁各向异性及能量 磁场能 磁各向异性能 磁各向异性的类型 形状磁各向异性 磁晶各向异性 应力磁各向异性 感生磁各向异性 交换磁各向异性 5.1 退磁场和形状各向异性 退磁场 简单几何形状的退磁因子 旋转椭球体三个主轴方向上的退磁因子之和的关系： Na+ Nb + Nc =1 Na + Nb +Nc = 4? （CGS制） 简单几何形状的退磁因子 退磁场能和形状各向异性 5.2 磁晶各向异性 磁晶各向异性常数K Fe, Ni, Co单晶不同晶轴方向的磁化曲线 磁晶各向异性类型 磁晶各向异性能 5.3 应力各向异性与磁弹性能 5.4 感生各向异性 产生感生磁各向异性的方法 5.5 交换各向异性 交换各向异性机理示意图 6 磁化曲线与磁滞回线 定义： Bs：饱和磁感应强度 saturation magnetic flux density Br：剩余磁感应强度 remanence Hc：矫顽力 coercivity 退磁曲线 * * 1934年，克拉默斯首先提出超交换模型（间接交换） 解释反铁磁性自发磁化的起因。 1950年，安德森（Anderson）发展上述理论，对超交换作用进行具体计算，应用到亚铁磁性上。 （2）超交换作用 其思路为：O2-外层电子为2p6，p电子的空间分布呈哑铃状，当氧离子与阳离子近邻时，氧离子的p电子可以激发到d 状态，而与3d过渡族元素的阳离子的电子按洪德法则耦合，此时剩余的未成对p电子则与另一近邻的阳离子产生交换作用，这种交换作用是以氧离子为媒介的，称为超交换作用或间接交换作用。 （2）超交换作用 Mn3+ O2- Mn4+ O- Mn3+ Mn4+ O2- Mn3+ ? ? （3）双交换作用 1954年：Ruderman、Kittel，解释Ag核磁共振吸收线增宽时，提出导电的4s电子作为媒介，在核自旋间发生交换作用的模型。 1956-1957年：Kasuya、Yosida，在此模型基础上研究了Mn-Cu合金核磁共振超精细结构，提出Mn的d电子和导电s电子交换作用，使电子极化而导致Mn原子中d电子与近邻d电子的间接交互作用模型。 RKKY理论：4f电子是局域的，6s电子是游动的，f电子与s电子发生交换作用，使s电子极化，这个极化了的s电子的自旋对f电子自旋取向有影响，结果形成以游动的s电子为媒介，使磁性原子（或离子）中局域的4f电子自旋与其近邻磁性原子的4f电子自旋产生交换作用，这是一种间接交换作用。 适合于稀土金属 定义： 磁各向异性是指沿磁体不同方向磁化到相同状态，所需要的磁场能大小不同的性质。或用相同大小的磁场沿铁磁体不同方向磁化，所磁化到的状态不同的现象。 从能量的观点，磁体从退磁状态磁化到饱和状态，磁化曲线与磁化强度轴之间所包围的面积，即为磁化场对磁体磁化过程所作的功的大小。 不同方向磁化时，磁场对磁体做功的不同，这称为磁各向异性能。 磁体在磁化时内部产生减弱磁化作用的相反磁场的作用，称为退磁场。 Hd = -NM N：退磁因子。 旋转椭球体及其极限情况 退磁场能：均匀一致的铁磁体，在均匀磁化下，磁体在自身产生的退磁场中所具有的位能，称为退磁场能。 形状各向异性：开路磁体磁化过程中，必定产生退磁场，退磁场的作用减弱外磁场的功效，对磁化有真正作用的是有效磁化场：HA=H外-Hd。由于磁体形状不同在不同方向上的退磁因子不同导致沿不同方向磁化相应的磁场能也不同，所以沿不同