固体磁性第2章.ppt

电子轨道运动受磁场作用，产生一附加电流以抵消磁 通量的变化，于是就产生了抗磁性磁矩 1 朗之万(Langevin)抗磁理论 2 量子力学计算 在磁场中电子系统哈密顿量 在磁场中传导电子的哈密顿量为： 3 德哈斯—范阿尔芬效应 在低温下某些金属抗磁（顺磁）磁化率随磁场改编成周期性震荡。 朗之万经典理论 设单位体积中有N个原子，每个原子具有磁矩为 ，磁矩间无相互作用 外磁场中，磁矩位能 2 量子化修正 磁矩在磁场方向投影非连续分布，只能取 单位体积中， (2) 传导电子间的交换作用及库仑相关. 增强泡利顺磁磁化率 ?1, ?’1. 小结: 2. ?pi:局域电子顺磁磁化率，来源于具有固有磁矩的原子、离子及金属中的原子实。 取向顺磁性，磁场取向与热运动之间的竞争。 居里及居里-外斯定律 1. ?di: 局域电子抗磁磁化率，来源于原子、离子及金属中的原子实, ?di ~10-6。 随原子中电子数及原子序数增加而增加，且正比于各原子的轨道半径平方；一般不依赖温度. 3.?vv: 范弗莱克顺磁性，磁场导致的电子云形变. ?vv~0-10-4. 其数值与电子云的对称性（形状）有关。 与温度无关。 4. ?de:传导电子抗磁性，来源于传导电子在外磁场下进行回旋运动的量子效应. ?de ~ 10-6, 一般与温度无关. 5.?pe :传导电子顺磁性，外加磁场导致正负自旋能带错开从而导致正负自旋电子数量不一致. 交换增强效应. 2-3 无磁序磁性材料 多种磁性作用共存于固体材料中，它们之间的相互竞争导致了材料最终的磁性能. 金属及半导体, ? =?di+?pi+?pe+?de . 非金属, ? = ?di + ?pi . 2-3-1 周期表中元素的磁性 Table 1. Data of atomic magnetic susceptibility of metallic elements in periodic table at room temperature . 7 6 5 4 3 2 IIA ⅠA Li3 25.2 Be4 -9.02 Na11 15.6 Mg12 6 K19 21.5 Ca20 44 Rb37 19.2 Sr38 92 Cs55 29.9 Fr87 Ba56 20 Ra88 Sc21 315 Y39 191 La57 140 Ac89 (90-103) Ti22 150 Zr40 120 Hf58 70 Ku104 V23 230 Nb41 120 Ta59 145 Ha105 Cr 24 160 Mo42 54 W60 40 Mn25 527 Tc43 Re61 68.7 Fe26 - Ru44 44 Os62 7.6 From left to right: weak PM---strong PM with FM, AF FIM---DM. * * 第二章 无磁序固体材料磁性 2-1-1 局域电子抗磁性. 2-1? 抗磁性 (DM) 磁场引起附加进动，产生附加角动量 用微扰法求体系能量，微扰哈密顿量： 若考虑系统有N个原子 定性结论： 1) 抗磁性为一切物质所具有，是物质的共性 2) 抗磁磁化率为负 3) 若?ri2不受热运动影响，则?d与温度无关 4) ?d随原子中电子数及原子序数增加而增加，且正比于各原子的轨道半径平方 2-1-2 传导电子抗磁性 来源于传导电子在外磁场下进行回旋运动的量子效应. 所有金属均存在. 经典理论无法给出传导电子的宏观抗磁性. 经典回旋运动不改变电子动能. 德哈斯-范阿尔芬效应可提供关于费米面的信息. Landau levels. 有效质量. Free Electron. Approx., by F-D statistics, 考虑到晶格的周期静电势 弱的温度依赖性. Bi: Strong DM of CE. 明显的温度依赖性! 在半导体和半金属材料中，电子浓度低 当满足 Em or EF kT时，费米统计转化为玻尔兹曼统计 2-2 顺磁性(PM) 2-2-1 取向顺磁性 每个磁矩态和： 高温时 低温强场下 实验室普通条件 在实验室普通条件 2-2-2 Van Vleck PM 来源于磁场与磁矩作用的二级微扰 ? 激发态混入（电子云形变）. Localized electrons ?vv may exists when ?J = 0 or ?J ? 0 at ground state. ? vv 在能带电子中同样存在. 一般情况,