第二章磁性起源讲解

1、第二章：磁的起源，磁物理学，2020年7月7日，2-3反磁性引起的微观机制，本节主要内容：一、拉莫运动和磁矩附加二、抗磁化率。 另一方面，物质的抗磁现象和抗磁性物质在与外磁场相反的方向上诱导磁化强度的现象称为抗磁性。 出现在没有原子磁矩的材料上，抗磁磁化率为负，小，c10-5。 产生的机制：外部磁场通过电子轨道时，感应的电磁感应使轨道电子加速。 由于轨道电子这个加速运动产生的磁通总是与外磁场的变化相反，磁化率是负的。 二、拉莫运动反磁性起源的微观机制、拉莫定理、1 .拉莫定理、电磁感应定律-麦克斯韦方程、2 .证明拉莫定理，假定电子轨道半径为(m )的圆、磁场H(Am-1 )垂直于轨道平面，根

2、据电磁感应定律产生电场Es(Vm-1 )，电子运动角速度为拉莫运动产生的附加磁矩：3 .抗磁磁化率，单位体积包含n个原子，每原子有z个轨道电子时，磁化率：1，超导材料：在超导状态下磁通密度b总是为0，即使存在外磁场h也是如此(负效应)。 2、几种有机化合物，如苯环中的p电子像轨道电子一样做圆周运动，苯环相当于封闭壳层。 磁场垂直作用于环时，呈现强反磁性，磁场平行于环面时，没有反磁性。 3 .生物体内的血红蛋白中，与氧的结合情况与铁的电子状态有关。 在与氧结合的状态下，铁离子像显示顺磁性的动脉血一样，在与氧结合的状态下显示反磁性。 例如，血红蛋白中的Fe2无氧配位(静脉血)为高自旋状态，表现顺磁

3、性的有氧配位(动脉血)为低自旋状态，显示反磁性。 几种特殊材料的抗磁性，4 .关于抗磁性的结论，磁化率随原子号z的增大而增大，z相同时与a2成比例的温度无关，d0所有物质都具有抗磁性的相对磁化率的大小的估计，A=10-11m； N=6.023x10-23； e=1.6x10-19C； m=9.1x10-31kg .本节主要内容：一、顺磁性居里定律二、朗的万理论三、布里渊修正。 2-4顺磁性朗的万理论，顺磁性物质的原子或离子有一定的磁矩，这些原子磁矩来自不完全的电子壳层(例如过渡族元素的3d壳层)。 在顺磁性物质中，由于磁性原子和离子较远，它们之间没有明显的相互作用，因此当没有外磁场时，由于热运

4、动的作用，原子磁矩为随机的混乱取向。 外部磁场作用时，原子磁矩有沿磁场方向取向的倾向，显示正磁化率，其数量级为c=10-510-2。 在顺磁性物质的磁化率随温度变化的c(T )中，c=C/T C称为居里常数的2种：第1类遵循居里-外斯定律： c=C/(T-qp) qp称为顺磁性居里温度，1，顺磁性居里定律在顺磁性系统中包含n个磁性原子，各在绝对温度T(K )下，具有自由度的热能为kT/2，k为玻尔兹曼常数，为1.38x10-23JK-1。 根据外磁场，原子磁矩为静磁能U=- 0 J H。 计算系统的磁化强度：从半径为1单位的球心减去单位向量，表示原子磁矩系的角分布，在没有磁场的情况下，磁矩方向

5、在球面上均匀分布(球面上的点均匀分布)。 二、郎的万顺磁性理论是，当施加磁场h时，这些端点仅集中在h上，与h形成q角的磁矩的势能为u。 因此，磁矩取这个方向的概率与玻尔兹曼因子成比例。 另一方面，一个原子磁矩和磁场角度处于q和dqq之间的概率与图中的影面积成比例，两者都是2psinqdq。因此，1个原子磁矩和磁场角度为q和dqq间的实际概率，该原子磁矩平行于磁场方向的磁极化强度为J cos，为了统计对平均磁矩系统整体的磁化强度的贡献，若0 J H /KT=a且cosq=x，则成为-sinqdq=dx 一郎的万函数是假设只剩下第一项的话，原子磁矩取所有可能的方向而建立的。 从量子力学考虑空间量化，原子磁偶极矩只能取几个不同的方向。 如果磁场与z轴平行，则j的z分量为z=bJz，jz只能取得2J 1个值(即，2J 1方向)。 因为Jz=J，j-1.0，- (j-1 )-(j-1 )，-J，所以磁场h上的平均磁极化强度为，所以取而代之的是三、布里渊校正，BJ ()称为布里渊函数。 1、弱场、高温条件下：=0 ZH/kT1、BJ ()可