抗磁性和顺磁性.pptVIP

★修正虽然对弱场下的磁化率给出了相同的结论，但实质上有了很大变动，不仅求和代替了积分，统计平均更合理，而且原子磁矩明确使用了量子力学结果：使得测量值可以直接和量子力学的计算结果相比较。★根据磁化曲线公式对三种顺磁离子晶体画出的每离子平均磁矩与H/T的依赖关系，与试验值符合很好。★对饱和磁矩值给出了正确的解释。★正常顺磁性是指其磁化率符合居里定律，它是离子实产生的原子磁矩在外磁场中的取向效应。2.3，2.4节中还将介绍其它顺磁效应。结果讨论和评述第31页，课件共62页，创作于2023年2月图中第32页，课件共62页，创作于2023年2月Langevin顺磁理论的成果之一是提供了实验测定固体中离子有效磁矩的方法。和洪德法则确定的自由离子磁矩理论值相比较，可以使我们对固体结构有比较深入的认识。稀土元素的离子，二者符合较好，铁族元素的离子符合程度较差，试验值更接近自旋磁矩。见姜书p34-35表离子磁矩都是在顺磁盐中测得的，顺磁盐中的离子处于稀释的状态，相互作用较弱，比较接近统计理论把磁性原子看成是自由的假定，除去磁场外，应不受磁矩之间相互作用影响。所以铁族离子实验值与洪德法则给出的理论值之间的差异引起了重视，在发现它们更接近自旋磁矩数值后，提出了晶场效应引起轨道冻结现象。三.离子磁距测定值与实验结果的比较第33页，课件共62页，创作于2023年2月取自Kittel：固体物理导论8版p212(2005)第34页，课件共62页，创作于2023年2月稀土元素的电子组态：提供离子磁矩的4f电子，被外面封闭的5s6p层电子所屏蔽，少受近邻离子的晶场作用，其磁矩基本符合洪德法则规定。第35页，课件共62页，创作于2023年2月铁族元素的电子分布为：，铁族元素离子丢掉4s电子后，提供磁矩的3d电子是外层电子，极易受到近邻离子的晶场作用，会发生轨道冻结现象。第36页，课件共62页，创作于2023年2月取自Kittel：固体物理导论8版p213(2005)铁族元素轨道-自旋耦合被破坏，除去因为3d层电子裸露受晶场影响较大外，还因为L-S耦合强度与电子运动的轨道半径有直接关系，4f电子的轨道半径大，耦合强度大，3d电子的轨道半径小，耦合强度小，所以晶体中的铁族元素离子的总磁矩被分成总自旋部分和总轨道部分受到不同影响。第37页，课件共62页，创作于2023年2月++++++pzpx,pyp轨道在单轴晶体场中为例自由离子中三重简并的p轨道，在晶场中退简并，能级发生劈裂。加磁场后的赛曼劈裂就可能失去作用了，轨道角动量冻结。四.晶场效应和轨道角动量冻结第38页，课件共62页，创作于2023年2月简单解释见姜书p35-36,这里从略。只强调几点：晶场效应是指顺磁离子与近邻其它离子之间的静电相互作用，不是磁相互作用。顺磁离子和晶体场的相互作用有两个后果，其一，L和S耦合在很大程度上被破坏，一直不能再用J来表示状态，其次，在自由离子中属于给定L的（2L+1）重简并的电子能级被晶场劈裂，使之对磁矩的贡献减小。由于顺磁共振技术的发展，对于晶体场中磁性离子的状态研究有了深入的发展，并且在此基础上开发了利用顺磁晶体的微波量子放大器。第39页，课件共62页，创作于2023年2月2.2按照电子轨道角动量和自旋角动量在外磁场中的取向应该是量子化的观点，重新处理Langevin经典模型，给出顺磁磁化率的正确表达式。等比级数求和公式：习题二2.1上述文献中，金属Cu的抗磁磁化率有4种不同数据：试分析出它们所指磁化率的具体意义及单位。这是一个可靠的原始数据第40页，课件共62页，创作于2023年2月2.2补充内容：晶场及其相关问题（摘自物理所讲义）晶场中电子受诸多相互作用的影响，总哈密顿量：H=Hw+Hλ+Hv+Hs+Hh其中：Hw:原子对电子的库仑相互作用，形成电子能级。Hλ:自旋-轨道相互作用能。Hv:晶场对原子中电子的作用。Hs:与周边原子间的磁相互作用(交换相互作用和磁偶极相互作用)。Hh:外部磁场对电子的作用(塞曼能)。在不同材料里它们的相对大小是不同的。第41页，课件共62页，创作于2023年2月过渡族和稀土族金属中的情况第42页，课件共62页，创作于2023年2月弱晶体场：W＞λ＞V，这和自由原子情况近似，Hund法则仍适用，含稀土离子的化合物属于这种情况。2.中等