CH1-2-抗磁.ppt

水的抗磁性是处于强磁场下的小老鼠悬浮于水面之上 2. 金属导体 碱金属 Li, Na. K, Rb 碱土金属 Mg, Ca, Sr 非磁性过渡金属 Cu, Mn, 物质 性质 0 ? T 3. 超导体 物质 常规: Nb, Pb, NbPb. NbSe HTC: YBCO BSCCO TlBaCuO 性质 超导态 正常态 顺磁！ YBCO 迈斯纳效应 零电阻行为 超导体的特殊磁性 -Meissner 效应 完全抗磁性 热力学平衡态! Plank博士生 “关于辐射的压力” 慕尼黑工业大学 1933年: 1个Page Paper 知识不完全来自定量! 二.定性的原理 基本共同点: 由于外场导致电子产生一个与外场方向相反的附加磁化强度 不同点: 产生附加磁化强度的机理不同 绝缘体—局域电子轨道运动在外磁场中受磁力矩作用而产生 的附加反磁矩 导 体— 漂移(传导)电子在外场中能量量子化而产生的抗磁 效应 超导体— Cooper对电子在表面形成超导电流对体内的屏蔽 效应 下面两部分定量讨论绝缘体和导体的抗磁性 三.局域化电子的抗磁性 — Larmor经典抗磁性 局域化电子是指原子实或离子的轨道电子 局域轨道电子绕原子核转动,形成回路电流, 加上外磁场 后，回路的磁通改变，按楞次定律，产生感生电流 ，叠加在原有的回路电流上， 此感生电流产生的磁矩 ∥ ， 与外场方向相反，显抗磁性 1. 物理过程 旋进 电子轨道 z i ° e ° i 产生的机理( 仅对局域电子) 外磁场穿过电子轨道时，引起的电磁感应使轨道电子加速。根据楞次定律，由轨道电子的这种加速运动所引起的磁通，总是与外磁场变化相反，因而磁化率是负的 轨道磁矩 旋磁比 （2.4） 由（2.4）式的前第一、二两式可得 1)原子实中一个轨道电子在外磁场作用下产生的磁矩 （2.2） （2.3） 设外场 沿 方向， ，将（2.3）式改写为分量形式 按动量矩定理 故 外磁场 作用在轨道电子上的力矩为 （2.1） 设电子的轨道角动量为 x y -z B0 2. 理论计算 No spin S 解得 （2.5） x y -z B0 旋进 电子轨道 z 是 在与外场 垂直的平面( 平面)上的投影 在外磁场 作用下,电子的轨道角动量 和轨道磁矩 以频率 绕 旋转，使产生一个附加电流 此附加电流 产生一个额外的磁矩 这就是原子实中一个轨道电子在外磁场作用下产生的磁矩 叫Larmor进动频率 - 2）有多个轨道电子的原子实在外场作用下产生的磁矩 （2.6） 对于抗磁性原子，其电子壳层是满的（例如惰性气体原子），可认为其电荷呈球形对称分布，有 （2.7） 式中 是这 个电子的轨道半径 的平均值 负号表示所感应产生的磁矩 与外磁场 的方向相反 在外磁场 作用下，此原子感应产生的总磁矩 是它的 个轨道电子感应产生的磁矩 之和 设此原子实有 个轨道电子 将（2.7）式代入（2.6）式，得原子的抗磁性磁矩 3）固体的抗磁磁化率 设每单位体积中有 个原子实,则磁化强度(单位体积的总磁矩) 磁化率 （2.8） ,为抗磁性 很小,且与温度无关。可见此经典理论就可成功描述抗磁性 等价范佛莱克量子理论: 胡安 章维益 固体物理学 page 273 姜寿亭 李卫 凝聚态磁性物理 page 28 实际: 所有任何物质均有此抗磁性, 仅是当还有其它磁性时, 此 类磁性太小可忽略 原子种类有关 1．定性解释 传导电子的运动速度可分解为平行和垂直于磁场的两个分量 传导电子的运动路径受外磁场影响，产生Landau抗磁性 由于Lorentz力使在垂直于磁场的平面内运动的电子作圆周运动,产生附加的电流 ， 产生的磁矩与外磁场方向相反，具有抗磁性。 沿平行于磁场方向运动的电子其运动不受影响 四. 金属传导电子的抗磁性 — Landau 量子理论 2. 定量计算: 思路: 考虑磁性问题的体系自由能 电子能量 El 量子: 本征能量 经典: 动能+势能 Landau 1930年 “十诫”中的第二项 1）计算在外磁场中运动的自由电子的能量 将此尝试波函数代入Schr?dinger方