专业教育课程材料物理chapter8-磁性1.pptx

第八章;磁体周围的磁场;日常和工业中的磁应用 ;汽车中用到磁性材料的组件;军事领域的磁应用 ;磁性液体（磁流体） ;序号;几乎遍及人类生产、生活的各个领域。; ;简介;8.1 磁性概述;如果一个小磁体能够用无限小的电流回路来表示，我们就称为磁偶极子。用磁偶极矩jm表示：;磁化强度M;;磁场强度H和磁感应强度B;μo=4π×10-7H·m-1 ，真空磁导率; 磁化强度M和磁场强度H存在如下关系： M＝c H ， c称为磁体的磁化率 /ka?/ 。 B=m0(H+cH)=m0(1+c)H 定义mr＝（1＋c）为相对磁导率，即mr＝B/ m0 H 磁导率是表征磁体的磁性、导磁性及磁化难易 程度的磁学量。;磁学参数 及单位;除了SI单位制以外，还有一种高斯（Gauss）单位制，当使用高斯单位制时，磁感应强度的表达式为 B的单位为高斯G，磁场强度H的单位为奥斯特Oe。磁性常数（真空磁导率）为1，单位是G/Oe M是磁极密度，4πM 是磁通线的密度。 ;静磁能（Magnetostatic Energy）;磁矩 磁源于电：环形电流周围的磁场，符合右螺旋法则，其磁矩定义为： m – 载流线圈的磁矩 I - 载流线圈通过的电流 S - 载流线圈的面积 n - 载流线圈平面的法线方向上的单位矢量;Orbital;最基本磁矩：Bohr磁子（magneton）μB 轨道磁矩 l可取值 0 ~ n-1 在外磁场方向的投影为：mlμB（mi为磁量子数） ml 可为0， ±1， ±2，···， ±l，共2l+1个值，l为角量子数 l=0, 1, 2, 3分别对应s, p, d, f亚壳层 如：3d电子：n=3, l=2 若亚壳层电子排满，则总轨道磁矩为0。;电子的自旋磁矩为： 在外磁场方向的投影为：2msμB （ms=±1/2为自旋角动量方向量子数） ±μB（+为自旋向上，-为自旋向下） 若亚壳层电子排满，则总自旋磁矩也为0。;LS耦合： 一般磁性原子是由各电子轨道磁矩先组合成原子总的轨道磁矩，各电子的自旋磁矩先组合成原子总的自旋磁矩，然后再耦合成原子的总磁矩。 原子的总磁矩为： 其中g：Lande Splitting Factor J：原子总角量子数 L：原子总轨道角量子数 S：原子总自旋角量子数 在外磁场方向的投影为：mJ gμB （mJ为原子的磁量子数，取值J，J-1， ···??-J，共2J+1个值）;Hund‘s rule： 在LS耦合的情况下： 1. 在为填满电子的次电子层内，在Pauli原理允许的条件下，总自旋量子数S取最大值，总轨道量子数L也取最大值。 2. 次电子层未填满一半时，原子总角量子数J=L-S；次电子层满一半或满一半以上时，J=L+S。 若原子只含有电子的满壳层，则L=S=J=0，原子无永久磁矩。 若原子含有未排满电子的亚壳层，则原子有永久磁矩。;磁矩;大多数自转方向不同的电子，虽然电子的磁矩不能抵消，导致整个原子具有一定的总磁矩。但原子磁矩之间没有相互作用，它们是混乱排列的，所以整个物体没有磁性。 少数物质(如Fe、Co、Ni），原子内部电子的磁矩没有抵消，整个原子具有总的磁矩。同时，由于“交换作用”的机理，原子磁矩整齐地排列起来，整个物体具有磁性。;电子交换作用 原子磁矩为零的物质具有抗磁性（Diamagnetism）。原子内具有未成对的电子使得原子的固有磁矩不为零是物质磁性的必要条件。但是，由于近邻原子共用电子（交换电子）所引起的静电作用，及交换作用可以影响物质的磁性。交换作用所产生能量，通常用A表示，称作交换能，因其以波函数的积分形式出现，也称作交换积分。它取决于近邻原子未填满的电子壳层相互靠近的程度，并决定了原子磁矩的排列方式和物质的基本磁性。一般地： 当A大于零时，交换作用使得相邻原子磁矩平行排列，产生铁磁性（Iferromagnetism）。 当A小于零时，交换作用使得相邻原子磁矩反平行排列，产生反铁磁性（Antiferromagnetism）。 当原子间距离足够大时，A值很小时，交换作用已不足于克服热运动的干扰，使得原子磁矩随机取向排列，于是产生顺磁性（Paramagnetism）; 1. 抗磁性：没有固有原子磁矩 2. 顺磁性：有固有磁矩，没有相互作用 3. 铁磁性：有固有磁矩，直接交换相互作用 4. 反铁磁性：有磁矩，直接交换相互作用 5. 亚铁磁性：有磁矩，间接交换相互作用