最新4第三章：自发磁化理论介绍ppt课件.ppt

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1、4第三章：自发磁化理论介绍本章学习要点掌握铁磁性物质的基本特征;掌握分子场理论，定域分子场理论的内容及其应用；了解交换作用的机制，了解描述自发磁化的其他理论模型；掌握铁磁体的自发磁化强度的温度特性。3-1铁磁性物质的基本特征一、磁有序概念1、晶体结构有序：在晶体中，原子按照某些可以重复排列的规则占据晶格位置，称为有序排列。有序排列可以延伸到整个整个晶体范围—长程有序有序排列只能延伸几个原子尺度范围—短程有序2、磁结构有序：在物质内部磁矩的空间取向在任意一个小区域内，由于某种作用呈现有序的排列。例如

2、铁磁有序，反铁磁有序，亚铁磁有序等。顺磁性磁矩——磁无序铁磁性磁矩—磁有序3-2外斯分子场理论一、两个假设1.磁畴假设2.分子场假设估算分子场的强度：铁的原子磁矩为2.2B=2.2×1.17×10-29，居里温度为103度，而热运动能kT=1.38×10-23×103。假定这个作用等同一个磁场的作用，设为Hmf，那么2.2B×HmfkTHm109Am-1(107Oe)B1000T顺磁性物质的原子或离子具有一定的磁矩，这些原子磁矩耒源于未满的电子壳层(例如过渡族元素的3d壳层)。在顺磁性

3、物质中，磁性原子或离子分开的很远，以致它们之间没有明显的相互作用，因而在没有外磁场时，由于热运动的作用，原子磁矩是无规混乱取向。当有外磁场作用时，原子磁矩有沿磁场方向取向的趋势，从而呈现出正的磁化率，其数量级为c=10-510-2。顺磁物质的磁化率随温度的变化c(T)有两种类型:第一类遵从居里定律：c=C/TC称为居里常数第二类遵从居里-外斯定律：c=C/(T-qp)qp称为顺磁居里温度1、顺磁性居里定律二、朗之万顺磁性理论和布里渊修正假定顺磁系统包含N个磁性原子，每个原子具有的磁矩J，当温度

4、在绝对0度以上时，每个原子都在进行热振动，原子磁矩的方向也作同样振动。在绝对温度T(K)，一个自由度具有的热能是kT/2，k是波尔兹曼常数，为1.38x10-23JK-1。原子磁矩在外磁场作用下，静磁能U=-0JH。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)。2、朗之万顺磁性理论当施加磁场H后，这些端点轻微地朝H集中，一个与H成q角的磁矩的势能为U。因此，磁矩取这个方向的几率与玻尔兹曼因子成比例。另

5、一方面，一个原子磁矩与磁场夹角在q和q+dq之间的概率，与图中阴影面积成正比，既2psinqdq。因此，一个原子磁矩与磁场夹角在q和q+dq之间的实际概率为因为这样一个原子磁矩，在平行于磁场方向的磁极化强度为Jcos，统计平均整个磁矩系统对磁化强度的贡献为如果令0JH/KT=a且cosq=x，则有-sinqdq=dx，代入上式这里称括号内的函数为郎之万函数，并用L()表示。对«1郎之万函数可展开为如果只保留第一项得到：朗之万理论是建立在假定原子磁矩可以取所有可能的方向。从量子力学考虑空

6、间量子化，原子磁矩只能取若干个分立的方向。设磁场平行z轴，则J的z分量由z=gBJz而Jz只能取2J+1个值(即2J+1个方向)。Jz=J,J-1,….0,……-(J-1),-J因此在磁场H中的平均磁极化强度为因此用代替3、布里渊修正BJ()称为布里渊函数。1.弱场，高温条件下：=0ZH/kT«1,BJ()可展开为取上式第一项4、讨论布里渊修正结果和朗之万结果完全一致。2.强场，低温条件下：=0ZH/kT》1,BJ()=1同样布里渊修正结果和朗之万结果完全一致。3.(一

7、)、分子场理论对自发磁化的唯象解释T>Tc时，铁磁性转变为顺磁性，热骚动能破坏了分子场对原子磁矩有序取向的作用。(二)、自发磁化强度Ms及其与温度的关系Weiss假设，分子场Hmf与自发磁化强度Ms成正比。式中，为Weiss分子场系数三、外斯分子场理论在外场作用下，由Langevine顺磁理论：联立求解方程1、2可得到一定H与T下的M，若令H=0,即可得到Ms，也可计算Tc。1、图解法求解讨论：当T=Tc时，直线与曲线相切于原点，即Ms=0。当T>Tc时，无交点，即无自发磁化，说明铁磁性转变为顺磁

8、性，Tc称为居里温度（铁磁性居里温度）2、Tc的物理意义此时二直线相切，斜率相同，即：Tc是铁磁性物质的原子本性的参数，表明热骚动能量完全破坏了自发磁化，原子磁矩由有序向混乱转变。(三)、居里－外斯定律的推导说明：Weiss分子场理论的结论是：Tp=Tc实际情况是：Tp>Tc，原因是铁磁性物质在T>Tc后仍短程有序。M0与Ms的区别：a、饱和磁化强度M0：原子磁矩在H作用下趋于H方向，即使再增加H，磁化强度不再增加，此时M趋近于M0。b、自发磁化强度Ms：把饱和磁化强度外推到H=0