顺磁性物质的磁化

1、物质的磁性:磁源于电,Ho=I/(2r),Ho= nI,Hr=I/(2r),r,I,H,H,物质磁性的起源：磁源于电子的轨道和自旋运动Origin of Magnetism,电子的循轨磁矩: 电子的自旋磁矩:,电子的循轨磁矩: 电子的自旋磁矩:,电子的磁矩,e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量； l: 轨道量子数；s:自旋量子数。,外磁场（Z）方 向上的磁矩分量：,电子的轨道磁矩,角动量的方向始终与轨道磁矩方向相反。,原子的磁矩 电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性 原子构成晶体后，

2、过渡族元素铁族3d，钯族4d，铂族5d，锕族6d壳层未满，由于晶场作用使电子的轨道角动量动结。F电子影响较小。 电子（轨道+自旋）磁矩 原子核的磁矩,物质磁性的本质,顺磁性物质的磁化,在强磁场中的順磁性物质,H=0时的順磁性物质,磁铁是怎么被磁化的呢？,M,铁 磁 体,顺 磁 体,三. 磁化率和磁导率,磁化率 :反映物质磁化难易程度 (Magnetic Susceptibility) ：,磁导率,磁性的基本量及单位,磁导率,磁感应强度: B (特斯拉) 磁化强度: M (安/米) 磁场强度: H (安/米),H,顺磁性物质的磁化,H = 0,H 0,磁性的分类,弱磁性: 1. 抗磁性： 是甚小

3、的负常数，约10-6数量级。M与H反向. 2. 顺磁性： 是正常数，约10-3 10-6 数量级. 3. 反铁磁性： 为甚小的正常数. 强磁性 4. 铁磁体： 为很大的正变数，约在10 10 6 数量级。 5. 亚铁磁体：与铁磁体相似，但 值较小，如磁铁矿（Fe3O4)。,Classes of Magnetic Materials,顺磁性,顺磁性 定义: 当材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场的方向相同时，固体表现为顺磁性。 顺磁性物质的磁化率一般很小，室温下约为10-310-6 数量级。 原子内部存在固有磁矩(离子有未填满的电子壳层)。如过渡元素、稀土元素：3d-金属Ti,V; 4d-金属铌Nb

4、, 锆Zr, 钼Mo，钯Pd；5d-金属(Hf, Ta, W, 铂Pt）。 自由电子的顺磁性大于离子的抗磁性。如：碱金属和碱土金属离子虽然是填满的壳层，但Li，Na, K，Mg， Al是顺磁性金属。 顺磁性物质的磁化率与温度 的关系服从居里-外 斯定律：,磁性的分类,抗磁性 定义: 当材料被磁化后,磁化矢量与外加磁场的方向相反时，固体表现为抗磁性。 抗磁性物质的抗磁性一般很微弱，磁化率 是甚小的负常数(M与H反向)，一般约为10-6 数量级。 抗磁性是电子电子的循轨运动在外加磁场作用下的结果.任何金属都具有抗磁性. 金属中有一半是抗磁金属。Cu, Ag, Au, Hg, Zn, Bi等。(因抗

5、磁性大于电子的顺磁性),抗磁性,磁性的分类,运动电子在外磁场作用下，受电磁感应而表现出的特性。所有物质都具有抗磁性，但只有满壳层电子的原子才能表现出抗磁性来。,H,i,i, M,Fe Fe,M,附加磁矩：,原子抗磁矩:,抗磁性,铁磁性,铁磁性 有一类物质如Fe,Co,Ni，室温下磁化率可达10 10 6 数量级，这类物质的磁性称为铁磁性 铁磁性物质即使在较弱的磁场内，也可得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性（有剩磁）。各类磁性物质的-曲线示于下图,磁性的分类,铁磁性 铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，铁磁性消失。这一温度称为居里点其磁化率与温度的关系

6、服从居里一外斯定律,铁磁性,磁性的分类,-Fe-Fe(910); -Fe -Fe(1401);,铁在高温时顺磁磁化率的变化,反铁磁自旋有序，首先是由舒尔和司马特利用中子衍射实验在MnO上证实。MnO的晶体结构是Mn离子形成面心立方晶格，O离子位于每个Mn-Mn对之间。从中子衍射线，超过奈耳点的室温衍射图与奈耳点以下80K温度的衍射图比较，看到低于奈耳点的衍射图有额外的超点阵线，通过分析得到反铁磁的磁结构。,奈耳点以上,奈耳点以下,反铁磁性,磁性的分类,亚铁磁性体： 相邻原子磁体反平行，磁矩大小不同，产生与铁磁性相类似的磁性。一般称为铁氧体的大部分铁系氧化物即为此。 磁性材料： 铁磁性与亚铁磁性

7、的统称。,亚铁磁性体,磁性的分类,一、基本参量及单位,B: 1 T = 104 G ; H: 1 kAm-1 = 4 Oe; M: 1 kAm-1 = emu cm-3 (BH)max: 1 kJm-3 = 4 10-2 MGOe,磁矩m：,磁化强度M：,M =m/V,磁场强度H ：,m = is,单位换算：,电子的循轨磁矩:,电子的磁矩,s:自旋量子数,玻尔磁子：,电子的自旋磁矩:,l: 轨道量子数,电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成 孤立原子的磁矩决定于原子的结构 某些元素具有各层都充满电子的原子结构，其电子磁矩相互抵消，因而不显磁性 原子构成晶体后，过渡族元素铁族3d，钯族4d，铂族

8、5d，锕族6d壳层未满，由于晶场作用使电子的轨道角动量动结。F电子影响较小。 电子（轨道+自旋）磁矩 原子核的磁矩,原子磁矩,磁性的分类,弱磁性: 1. 抗磁性： 是甚小的负常数，约10-6数量级。M与H反向。金属中有一半是抗磁体。Cu, Ag, Au, Hg, Zn等。 2. 顺磁性： 是正常数，约10-3 10-6 数量级。铂，钯，奥氏体不锈钢。Li, Na, K等。 3. 反铁磁性： 为甚小的正常数。如-锰，铬，氧化镍，氧化锰等。 强磁性 4. 铁磁体： 为很大的正变数，约在10 10 6 数量级。 5. 亚铁磁体：与铁磁体相似，但 值较小，如磁铁矿（Fe3O4)。,Classes of Magnetic Materials,正离子的抗磁性源于其电子的轨道运动， 正离子的顺磁性源于原子的固有磁矩。 自由电子的顺磁性源于电子的自旋运动,自旋磁矩转到外磁场方向； 自由电子的抗磁性源于电子受洛伦兹力而做圆周运动，产生的磁矩与外磁场反向。,强顺磁性过渡族金属Pd溶于Cu,Ag中情况,铁在高温时 顺磁磁化率的变化,影响磁化率的因素,磁化率的测量,磁秤法：F=VHdH/dx 2= 1