[居里温度.doc

居里温度测量 侯建强 （南京大学匡亚明学院理科强化部2010级，学号：101242015） 摘要：温度是表征磁性材料性质和特征的重要参量，测量磁导率和居里温度的仪器很多，例如磁天平、振动样品计、磁化强度和居里温度测试仪等，测量方法有感应法、谐振法、电桥法等 不同材料的居里温度是不同的。材料居里温度的高低反映了材料内部磁性原子之间的直接交换作用、超交换作用、双交换作用。因此，深入研究和测定材料的居里温度有着重要意义。 2.实验目的 （1）初步了解铁磁性物质由铁磁性转变为顺磁性的微观机理 （2）学习JZB-1型居里温度测试仪测定居里温度的原理和方法 （3）学会测量不同铁磁样品居里点的方法 实验原理 磁性是物质的一种基本属性，从微观粒子到宏观物体，以至宇宙天体，无不具有某种程度的磁性，只是其强弱程度不同而已，这里说的磁性是指物质在磁场中可以受到力或力矩作用的一种物理性质。使物质具有磁性的物理过程叫做磁化，一切可以被磁化的物质都叫做磁介质．磁介质的磁化规律可用磁感应强度、磁化强度、磁场强度来描述，当介质为各向同性时，它们满足下列关系： （1） 其中，称为相对磁导率，是个无量纲的量．为了简便，常把简称为介质磁导率，称为磁化率，称为真空磁导率，称为绝对磁导率．． 在真空中时，和中只需一个便可完全描述场的性质．但在介质内部，和是两个不同的量，究竟用还是用来作为描述磁场的本征量，根据磁场的性质有各种不同的表现来选择．因为和两者描述了不同情况下磁场的性质，它们都是描述磁场性质的宏观量，都是真正的物理量．在某些问题中，比如在电磁感应霍尔效应测量地磁水平分量等问题中，由于起作用的是磁通量的时间变化率，牵涉到的是；而如果考虑材料内部某处磁矩所受的作用时，起作用的就是，比如求退磁能及磁矩所做的功等。 从的关系看，表面上与是线性的，但实际上，由于是一个与值有关的量，而值又与温度、磁化场有关，所以是一个复杂的量，不能简单地从与的形式上来判断它们之间是线性的，或是非线性的关系． 磁体在磁性质上有很大的不同，从实用的观点，可以根据磁体的磁化率大小和符号来分为五个种类。 抗磁性：是一种原子系统在外磁场作用下，获得与外磁场方向反向的磁矩的现象。某些物质当它们受到外磁场作用后，感生出与方向相反的磁化强度，其磁化率。这种物质称为抗磁性物质。 顺磁性：许多物质在受到外磁场作用后，感生出与磁化磁场同方向的磁化强度，其磁化率，但数值很小，仅显示微弱磁性。这种磁性称为顺磁性。多数顺磁性物质的与温度有密切关系，服从居里定律，即 （2） 式中，为居里常数；为绝对温度。然而，更多的顺磁性物质的与温度的关系，遵守居里－外斯定律，即 （3） 式中，为临界温度，称为顺磁居里温度。 反铁磁性：另有一类物质，当温度达到某个临界值(奈耳温度)以上，其磁化率与温度的关系与正常顺磁性物质的相似，服从居里－外斯定律，但是，表现出在式(3)中的常小于零。当时，磁化率不是继续增大，而是降低，并逐渐趋于定值。所以，这类物质的磁化率在温度等于的地方存在极大值。显然，是个临界温度，它是奈耳发现的，被命名为奈耳温度。上述磁性称为反铁磁性。 铁磁性：这种磁性物质和前述磁性物质大不相同，它们只要在很小的磁场作用下就能被磁化到饱和，不但磁化率，而且数值大到10~106数量级，其磁化强度与磁场强度之间的关系是非线性的复杂函数关系。反复磁化时出现磁滞现象，物质内部的原子磁矩是按区域自发平行取向的。上述类型的磁性称为铁磁性。铁磁性物质的磁特性随温度的变化而改变。当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由铁磁状态转变为顺磁状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性物质，这个温度称之为居里温度，以表示，并服从居里－外斯定律，即 式中，仍然是居里常数。 居里温度是磁性材料的本征参数之一，它仅与材料的化学成分和晶体结构有关，几乎与晶粒的大小、取向以及应力分布等结构因素无关，因此又称它为结构不灵敏参数。测定铁磁材料的居里温度不仅对磁材料、磁性器件的研究和研制，而且对工程技术的应用都具有十分重要的意义。 亚铁磁性：除了上面四种物质具有的磁性以外，另有一类物质，它们的宏观磁性与铁磁性相同，仅仅是磁化率的数量级稍低一些，大约为1~103数量级。它们的内部磁结构却与反铁磁性的相同，但相反排列的磁矩不等量。所以，亚铁磁性是未抵消的反铁磁性结构的铁磁性。 图1 钙钛矿结构 这些钙钛矿锰氧化物的母本氧化物是La，Mn离子为正二价，这是一种显示反铁磁性的绝缘体，呈理想的钙钛矿结构。早在20世纪50—60年代，人们已经发现，如果用二价碱土金属离子(Sr、Ca、Pb等)部分取代三价稀土离子，Mn离子将处于/混合价状态，于是，通过和离子之间的双交换作用，在一定温度(Tp)以下、将同时出现绝