磁性物理学Lecture8分解.ppt

磁畴的起源 (Origin of Domain) 铁磁性物质中磁畴的形成和具体的磁畴结构形状，都与铁磁体内存在的各种相互作用能量有关。铁磁体中的各种相互作用能量是研究铁磁体的磁畴理论和技术磁化理论的基本出发点，因此讨论和了解铁磁体中各种能量是学习掌握现代磁性理论有关磁畴结构和技术磁化理论的关键之处 磁体中的能量 一、铁磁体中的各种相互作用能 目前认为在铁磁体内有五种主要的相互作用： 交换能：电子自旋间的交换相互作用产生的能量 磁晶各向异性能：铁磁体内晶体场对轨道电子间的作用、电子的轨道磁矩与自旋磁矩间的耦合效应所产生的能量 磁应力能：铁磁体内磁性和弹性（形变）相互作用所引起的能量（又称为磁弹性应力能） 退磁场能：磁体与自身所产生的退磁场之间的相互作用能 静磁能：铁磁体与外磁场之间的相互作用产生的能量 具有静电性质的相互作用能 与磁的相互作用有关的能量 因此，在铁磁体中，单位体积内的总自由能或总能量F 可以表示为： F的物理意义：单位体积的铁磁体内部存在的各个元磁矩之间及其与外场的相互作用能 1、交换作用能 （Fex ） 铁磁体中相邻原子的自旋间的交换作用能为： Si和Sj分别为第i个原子和相邻的第j个原子的总自旋矢量，大小等于原子的总自旋量子数，而方向是沿着自发磁化方向；Aij为近邻原子间的交换积分 由于是近程作用，可设第i个原子与其近邻原子的交换积分都相同，即Aij＝A。此外若对于同种原子的电子，则有Si＝Sj＝S 2、磁晶各向异性能（Fk） Fe、Co、Ni单晶体的磁化曲线 结论：(1) 沿各自不同晶轴方向磁化可以得到不同的磁化曲线(磁晶各向异性)，（2）沿不同的晶轴方向磁化到饱和的难易程度相差甚大——易磁化方向与难磁化方向 (二)、退磁场能Fd 单位体积中退磁场能： 退磁场能Fd （一）、退磁场的产生 非闭合磁路或有限几何尺寸的铁磁体被磁化后，其本身的两端面上将会分别产生正负磁荷，在其内部产生一磁场Hd，与M相反，起减退磁化的作用——退磁场。 Hd 的大小与铁磁体形状及磁荷数量有关。由于磁荷是M产生的，故Hd与M有关。（ Hd ＝－NM Fd与Hd的表示 1、椭球体 选取坐标轴x，y，z与其三个主轴a，b，c重合 ，均匀 磁化强度M沿三个主轴方向分量为Mx，My，Mz，相应于三个主轴方向的退磁因子为Nx，Ny，Nz 2、球状磁体 3、无限细长圆柱体 4、无限大的薄片 * 角动量的合成L-S耦合； 为什么总磁矩在uj方向，而不在uL+S方向：这是因为在原子中是总角动量守恒而非单纯的轨道或自旋角动量。所以总的来说是自旋和轨道角动量都绕总角动量旋进，故uL+S在垂直于J方向上的分量平均值应该为零，剩余的就只是在J方向分量，即uj. * * 近角聪信 P212 * 求微分，是为了排除不同零点能取法的干扰 * 注意：为易磁化面时，由于易轴与c轴相差90度，求微分(或者是等效场是在易轴附近求)，如果仍沿用theta， Fkx表达式中应该换成cos。 * 见笔记.注意晶面和晶轴的等价或平移。 * 磁性物理 Ferromagnetism 磁性物理 Physics Of Magnetism 磁性物理 Physics Of Magnetism Ms 这里g因子( g-factor)对自旋运动是2，而对轨道运动是1 不论是自旋磁矩，还是轨道磁矩，都是玻尔磁子μB的整数倍。 一般地 磁矩在磁场方向的投影： Spin-orbit coupling Chapter 4. Magnetic Anisotropy Fe 单晶磁化曲线 易轴 难轴 磁晶各向异性 (Magnetocrystalline Anisotropy) Ni 单晶磁化曲线 易轴 难轴 Co 单晶磁化曲线 易轴 难轴 磁各向异性能 由磁化曲线和M坐标轴之间所包围的面积确定。称这部分与磁化方向有关的自由能为磁各向异性能。 磁化过程中的磁化功 x y z w ? ? C轴 C面 Is 六角晶系 磁晶各向异性能 转矩法测各向异性 单轴磁各向异性 x y z ? Ms(?1?2?3) [100]： [110] [111]： [001] [110] [111] 立方晶系 磁晶各向异性能 ?1=1,?2=0,?3=0 Fk=0??? ?1=0, 磁晶各向异性能的存在，不施加外磁