A磁性物理基础晶中的原子磁矩07.ppt

A、磁性物理的基础 一、序言 二、晶场中的原子磁矩 三、物质的各种磁性 四、磁有序的基本相互作用 五、磁各向异性与磁致伸缩 六、磁畴与技术磁化过程 黄帝 司马迁《史记》描述黄帝作战用指南针 东汉 王充在《论衡》描述“司南勺” 1086年 宋朝沈括《梦溪笔谈》指南针的制造方法等 1119年 宋朝朱或《萍洲可谈》 罗盘 用于航海的记载 磁石 最早的著作《De Magnete 》 W.Gibert 18世纪 奥斯特 电流产生磁场 法拉弟效应 在磁场中运动导体产生电流 安培定律 构成电磁学的基础 , 电动机、发电机等开创现代电气工 业 二、晶场中的原子磁矩 1、原子的磁矩 2、晶场中的原子磁矩 3、轨道角动量冻结 4、高自旋态与低自旋态 5、Jahn-Teller效应 6、局域磁性与巡游磁性 根据电磁学计算核电流产生的磁场(H) 轨道角动量与轨道磁矩： ML=-MBL 自旋角动量与自旋磁矩： MS=-2MBS 总角动量与总磁矩： MJ=ML+MS =-MB(L+2S) 由于L和S绕J 进动，矢量L+2S也绕J进动， 它的大小在J上的投影MS： MS= -gMBJ 给出的磁矩称为饱和磁矩。 轨道角动量冻结的物理图象 核外电子的能量由主量子数n和轨道角动量子数 l决定，与磁量子数 m无关。过渡族金属的3d电子轨道角动量数 l =2，角动量可有(2l+1)=5个不同的取向，它们具有相同的能量。d电子波函数的五个轨道的空间分量为 Zne 离子对电子座标r的结晶电场 r-Rn Zne r Rn ?n ? e 1 2 3 4 5 6 2.1 晶场 八面体B位 Ze为离子的电荷.由于r远小于Rn,公式V(r)能够用勒襄德函数表示 晶体中磁性离子上的电子要受到周围正的或负的离子的场作用。离子的位置表式为：Rn(Rn,Θn,Φn);原点的磁性原子周围电子的位置坐标为：r(r,θ,φ)。电子受到周围离子的静电场能(库仑相互作用)V(r)为： 3d d? d? 3d d? d? (立方)四面体 (立方)八面体 八面体B位 a b c d 四面体A位 1 2 3 4 5 6 铁氧体 ( 尖晶石型 ) Ze为离子的电荷.由于r远小于Rn,公式V(r)能够用勒襄德函数表示 2.2 八面体晶场 位置1的原子电荷(-Ze)对p位电子的作用势 位置1和2是对称的原子 奇次项相互对消，略去六次以上高阶项， P r ? ? ? ? ? ? ? x 6 3 2 5 y z ? a 1 4 ? 同样地： 对六个原子求和 代入上式 得到八面体的势函数U( r ) 根据量子力学的基本方法，系统能量为： 3d电子五个轨道分裂为：dg二重态和de三重态 令 则 和 和 时, 时, , ( d? ) ( d? ) (a) 自由离子 (b) 立方对称晶场 x y z 4Dq 6Dq x y x z y z d?,t2g d?,eg d Dq的数量级是多大？ 自由离子 电子状态 分裂能量 ( Dq ) Dq ( cm - 1 ) r E (cm - 1 ) 立方对称 Fe2+ 3d6 d? 6 1000 (10Dq) d? -4 10000 Ti2+ 3d1 d? 6 2030 (10Dq) d? -4 20300 Cu2+ 3d9 d? 4 1220 (10Dq) d? -6 12200 Mn3+ 3d4