多媒体教案-材料物理性能学-05-材料的磁性能-Nov2016

1、 1970年 SmCo5稀土永磁材料的发现 1984年 NdFeB稀土永磁材料发现 Sagawa(佐川) 1986年 高温超导体，Bednortz-muller 1988年 巨磁电阻GMR的发现, M.N.Baibich 1994年 CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO3 1995年 隧道磁电阻TMR的发现,T.Miyazaki 原子的结构 电子的轨道磁矩 P ML e 1. 原子的磁矩 核外电子壳层：电子轨道磁矩 电子自旋磁矩 核磁矩和核四极矩 MN=6.33x10-33Wbm 中子磁矩为-1.913MN的核磁矩 (中子衍射、中子散射) l m e M l 2 0 m e P m e

2、 M s 2 00 众所周知，电子轨道运动是量子化的，因而只有 分立的轨道存在，换言之、角动量是量子化的， 并由下式给出 lP 玻尔磁子玻尔磁子 (Bohr magneton) lMl m e M BL 2 0 自旋角动量与自旋磁矩 与自旋相联系的角动量的大小是/2，因而自旋角动 量可写为： sP 自旋磁矩 P m e M 0 通常和角动量之间的关系由下式给出： P m e gM 2 0 这里g因子( g-factor)对自旋运动是2，而对轨道运动是1。 sMs m e xM Bs 2 2 2 0 lMl m e xM BL 2 1 0 不论是自旋磁矩，还是轨道磁矩，都是玻尔磁子MB的整数倍。

3、 P Ms e 泡利不相容原理：泡利不相容原理： S S m 3 2 1 0 -1 -2 -3 L- S L+S 电子填充未半满时，轨道角动量 L和自旋角动量 S都是由同样的电 子(如左图是 5个自旋向上的电子) 决定，因此是 L-S; 电子填充超过半满时，轨道角动 量是由自旋向下的二个轨道决定 L=5，而自旋角动量是由未成对 的另外五个电子决定，因此是 L+S。 J=L-sJ=L+s L 3d4f 三重态的电子云 二重态电子云 d 轨道电子的角动 量本征态 d d 单位体积里含有N个原子，每个原 子有Z个轨道电子时，磁化率为： a2是对所有轨道电子 运动半径a2的平均。 朗道指出，在量子力学

4、理论内， 外磁场使电子的能量量子化，从 连续的能级变为不连续的能级， 而表现出抗磁性。 计算系统的磁化强度：从半径 为一个单位的球心画单位矢量表 示原子磁矩系统的角分布，没有 磁场时磁矩方向均匀的分布在球 面上(球面上的点是均匀分布)。 相应的磁化强度为 1exp 1 kT EE Ef f ( 分子场 ) BJ(a是布里渊函数。 I =NgBJ BJ(a 在铁磁性时，H+wI代替H。 2/3 22 0 2 3 1 )( f EmE dEEgN f 对顺磁性有贡献的电子仅是在费密面附近的电子. 0 )()(dEEgEfN 温度不为零时 在铁磁金属中，分子场(交换场)Hm约107Oe,比通常的 外

5、加磁场强102到103,因此能带的劈裂比顺磁金属大得多。 正自旋和负自旋能带中的电子数为 dEHMEfEgN mBf )()( dEHMEfEgN mBf )()( 由这个能带极化引起的磁化强度为)( NNMI B 3d电子有部分成为 4s自由电子，对磁 性没有贡献 Ni： 4s 0.58 3d +spin 5 3d -spin 4.42 在反铁磁性中，近邻自旋反平行排列，它们的磁矩因而相 互抵消。因此反铁磁体不产生自发磁化磁矩，显现微弱的磁 性。反铁磁的相对磁化率的数值为10-5到10-2。与顺磁体不 同的是 自旋结构的有序化。自旋结构的有序化。 PRL 96, 207204 (2006) Y. Yamasaki, et al. 26 5 21 0 109 . 1 1