磁性材料 第3章 自发磁化理论ppt课件.ppt

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1、第三章自发磁化理论第一节铁磁性物质的基本特征第二节朗之万顺磁性理论第三节Weiss分子场理论第五节亚铁磁性基本理论第四节反铁磁性定域分子场理论本章要求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和应用理解交换作用的机制，了解描述自发磁化的其他理论模型掌握铁磁体自发磁化强度的温度特性第一节铁磁性物质的基本特征1、铁磁体内存在按磁畴分布的自发磁化2、，可达10～106数量级，加很小的外场即可磁化至饱和（原因即是存在自发磁化）。3、M—H之间呈现磁滞现象，具有Mr。4、存在磁性转变温度Tc——

2、居里温度5、在磁化过程中表现出磁晶各向异性与磁致伸缩现象。第二节朗之万顺磁性理论顺磁性出现与下列物质中：具有奇数个电子的原子、分子。此时系统总自旋不为零。具有未充满电子壳层的自由原子或离子。如：各过渡元素、稀土元素与錒系元素少数含偶数个电子的化合物，包括O2与有机双基团。元素周期表中第VIII族三联组本身以及之前诸元素的所有金属。现在，我们只考虑2）中所说的物质。一、Langevine顺磁性理论的基本概念：设顺磁性物质的原子或分子的固有磁矩为。顺磁性物质的原子间无相互作用（类似于稀薄气体状态），在无外场

3、时各原子磁矩在平衡状态下呈现出混乱分布，总磁矩为零，当施加外磁场时，各原子磁矩趋向于H方向。每个磁矩在H中的磁位能：若单位体积中有N个原子，受H作用后，相对于H的角度分布服从Boltzman统计分布。系统的状态配分函数：第三节Weiss分子场理论1、“分子场”理论的两点假设：a、分子场假设：b、磁畴假设:2、作用与地位a、是现代磁性理论的基础（自发磁化理论、技术磁化理论）。b、可定性解释自发磁化利用前面讨论地Langevine顺磁性理论推广到铁磁性物质中，可导出自发磁化强度与温度的关系，——居里－外斯定

4、律。一、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分子场系数第四节反铁磁性的定域分子场论反铁磁性是弱磁性。此类物质多为离子化合物。典型金属：Cr、Mn典型离子化合物：MnO、FeO、CoO、NiO一、反铁磁性主要特征：1、有一相变温度TN（Neel温度）T>TN时，类似于顺磁性，（居里－外斯定律）2、原子磁矩有序排列但每一次晶格的磁

5、矩大小相等，方向相反，宏观磁性为零。第五节亚铁磁性基本理论亚铁磁性：指由次晶格之间反铁磁性耦合，宏观呈现强磁性有序物质的磁性。亚铁磁性条件：每一次晶格中必须有足够浓度的磁性离子，以使另一次晶格的自旋保持反平行排列。一、特性1、TTc时,呈顺磁性，但不服从居里－外斯定律。3、铁氧体的电阻率/用于高频电讯工程技术中/分类：尖晶石铁氧体、石榴石铁氧体、磁铅石铁氧体二、铁氧体(一)、尖晶石铁氧体1、通式：M2＋Fe23＋O4M2+=(Co

6、2+、Ni2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+等过渡元素。2、结构：立方对称，空间群Oh7。一个单胞内有8个分子，即单胞分子式为：M82＋Fe163＋O32（56个离子），O2-半径大，晶格结构就以O2-作为密堆积，金属离子半径小，填充于密堆积的间隙中，但尖晶石晶格结构的单胞中有两种间隙：四面体间隙（A位）：间隙小，填充较小尺寸的金属离子（64个）八面体间隙（B位）：间隙大可填充较大尺寸的金属离子（32个）。尖晶石单胞中只有8个A位，16个B位被填充，分别称为A、B次晶格。四面体间隙（A位）八面体间隙（B

7、位）A位B位3、离子分布式正尖晶石铁氧体：反尖晶石铁氧体：混合尖晶石铁氧体：金属离子分布一般倾向如<磁性物理学>P100。4、分子磁矩尖晶石铁氧体的分子磁矩为A、B两次晶格中磁性离子的自旋反平行耦合的磁矩。又由B次晶格的离子数目为A次晶格的两倍；正型：如：ZnFe2O4(Zn:1s22s22p63s23p63d10)∴不满足亚铁磁性条件，则在B次晶格内，两个Fe3+的自旋反平行排列b.反型：c、混合型：改变磁矩的方法：调节δ值改变M2+——常用离子取代法（非磁性离子）复合铁氧体：根据各种磁性能要求，将两

8、种或两种以上的单铁氧体按一定比例制成多元系铁氧体，其性能决定于各组分的磁性能以及各组分的比例，此外还决定于生产工艺。含Zn复合铁氧体是最广泛的、最有代表性的一类。它由反铁磁性的锌铁氧体与另一种铁氧体组成。磁矩理论值<实验值的原因：1，理论计算忽略了轨道磁矩的贡献,2，离子分布与实际有差异或出现变价离子。A)ZnO对MnZn铁氧体性能的影响由于非磁性离子Zn2+的加入并占据A位，故部分Fe3+被赶到B位，导致MA↓，而MB↑，因此非磁性离子的