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文档简介

1、11 固体磁性的微观起源 原子的磁矩,一. 宏观固体磁性起源,磁化强度:,原子磁矩,电子磁矩,核磁矩,二. 电子的磁矩,磁性的本质是量子行为,电子总磁矩:, 表现形式之二: 角动量量子化,A. 单电子原子,磁矩与角动量关联的提出历史？,原子中的实际电子分布-多电子系统,1.1 原子的电子结构,原子的经典玻尔模型：Z个电子围绕原子核做园周运动,核外电子结构用四个量子数表征：n.l.m.s ( 多电子体系 ) n: 电子轨道大小由主量子数n决定 n=1, 2, 3, 4,的轨道群 又称为K, L, M, N,.的电子壳层,l : 轨道的形状由角动量 l 决定 l=0, 1, 2, 3,.n-1 又

2、称为s, p, d, f, g,.电子 m: 当施加一个磁场在一个原子上时，平行于磁场的角动量也是量子化 的。l在磁场方向上的分量由磁量子数m决定 m=l, l-1, l-2,0,.-( l-1), -l,S: 电子自旋量子数由s决定,轨道：S电子,轨道l=1：p电子 ml=+1,0,-1,n,l,m 表征的一个电子轨道上如果有两个电子，虽然它们的自旋是相反的，但静电的库仑排斥势 ,仍然使系统 能量提高。因而 一个轨道倾向只有一个电子占据。,泡利不相容原理：,同一个量子数n，l，m，s 表征的量子状态 只能有一个电子占据。,库仑相互作用:,原子的电子结构占据壳层的规律,B. 多电子原子,总磁矩

3、J与总角动量J关系:,推导在下页,推导：,Hund rule: 原子或离子基态,不违反泡利原理条件下,自旋角动量S的和 取允许的最大值 (2) 在同样条件下,轨道角动量L的和 取允许的最大值 (3) 在确定S和L之后,依照原子物理学,原子的总角动量量子数J 可以取下列值: J=L-S , L-S +1, , L+S. 实际：当支壳层不到半满时,取J=L-S ; 而当壳层半满或超过半满时,J取L+S,量子力学证明: Page 271 胡安 章维益,洪德法则的起源：,(1)未满壳层的电子自旋si排列：电子由于库仑排斥而 倾向于取不同轨道，而原子内的自旋-自旋间的相 互作用使自旋平行排列，从而总自旋S 取最大值。 (泡利不相容原理) (2)每个电子的轨道矢量li的排列：电子倾向于同样的 方向绕核旋转,以避免靠近而增加库仑排斥能，使 总的轨道角动量L取 最大值. (3)由于L和S间的耦合， 电子数n小于半满时 J=L-S， 电子数n大于半满时 J=L+S。 (洪德法则一般的描述只有(1)和(2)项),类比： 行星的自转（自旋） 与公转（轨道）,原子基态用角动量标记方式:,例1:,稀土:镧系,理论值与实验结果的比较,固体的磁性的基本特征,不同固体的磁性,原子磁矩:,作业,分别求Cu,Cu+2,Cu+3原子和离子的基态、

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