最新抗磁性与顺磁性教学讲义PPT.ppt

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1、抗磁性与顺磁性本章内容基本磁学性能抗磁性与顺磁性铁磁体与反铁磁性磁性的材料与分析朗道（1908～1968）苏联著名的物理学家。最著名的贡献有“朗道十诫”：量子力学中的密度矩阵和统计物理学(1927)；自由电子抗磁性的理论(1930)；二级相变的研究(1936～1937)；铁磁性的磁畴理论和反铁磁性的理论解释(1935)；超导体的混合态理论(1934)；原子核的几率理论(1937)；氦Ⅱ超流性的量子理论(1940～1941)；基本粒子的电荷约束理论(1954)；费米液体的量子理论(1956)；弱相互作用的CP不变性(1957)。因凝聚态特别是液氦的先驱性理论，被授予1962年诺

2、贝尔物理学奖。第二节抗磁性与顺磁性物质磁性的分类物质的抗磁性物质的顺磁性金属的抗磁性与顺磁性影响因素测量与应用1.物质磁性的分类一切物质都具有磁性，任何空间都存在磁场，只是强弱不同而已。磁化率：材料的磁化强度M与外磁场强度H的比值。它的大小反映了物质磁化的难易程度，也是对物质磁性分类的主要依据。磁体的分类抗磁体顺磁体反铁磁体铁磁体亚铁磁体磁化率为甚小的负常数，约为10-6数量级磁化率为正常数，约为10-3~10-6数量级磁化率为甚小的正常数，当T高于某个温度时，其行为像顺磁体。磁化率为很大的正变数，约为10~106数量级过渡族金属贵金属，稀土金属，碱金属如α-Mn、铬、氧化镍

3、、氧化锰等铁、钴、镍类似铁磁体，但磁化率没有铁磁体那样大四氧化三铁等弱磁体强磁体MH铁磁性材料亚铁磁性材料顺磁性材料反铁磁性材料抗磁性材料五类磁体的磁化曲线0第二节抗磁性与顺磁性物质磁性的分类物质的抗磁性物质的顺磁性金属的抗磁性与顺磁性影响因素测量与应用2.物质的抗磁性外加磁场所感生的轨道矩改变抗磁性TORH抗磁性是普遍存在的，它是所有物质在外磁场作用下毫不例外地具有的一种属性，大多数物质的抗磁性因为被较强的顺磁性所掩盖而不能表现出来。产生机理外磁场穿过电子轨道时，引起的电磁感应使轨道电子加速。根据Lenz定律，由轨道电子的这种加速运动所引起的磁通，总是与外磁场变化相反，因而

4、磁化率是负的。郎之万顺磁性理论每个原子内有z个电子，每个电子有自己的运动轨道，在外磁场作用下，电子轨道绕H进动，进动频率为ω，称为Lamor进动频率。由于轨道面绕磁场进动，使电子运动速度有一个变化⊿v，电子轨道磁矩增加⊿μ，但方向与磁场相反，使总的电子轨道磁矩减小。总之，由于磁场作用引起电子轨道磁矩减小，表现出抗磁性。无论电子顺时针运动还是逆时针运动，所产生的附加磁矩△m都与外加磁场的方向相反，故称为抗磁矩。一个电子在外加磁场H的作用下，产生的的抗磁矩为式中，负号表示△ml与H的方向相反;分母me为电子质量一个原子常有z个电子，每个电子都要产生抗磁矩，由于电子的轨道半径不同，

5、故一个原子的抗磁矩为任何材料在磁场作用下都要产生抗磁性，与温度、外磁场无关。从广义上来说，超导也是一种抗磁性。第二节抗磁性与顺磁性物质磁性的分类物质的抗磁性物质的顺磁性金属的抗磁性与顺磁性影响因素测量与应用物质的顺磁性主要源于原子内部存在永久磁矩。3.物质的顺磁性顺磁性描述的是一种弱磁性，它呈现出正的磁化率，大小为10-6~10-3.C为居里常数，TP为顺磁性居里温度。TOTO顺磁性的磁化率满足以下规律：少部分大部分表示在某一个温度之上才显示顺磁性郎之万顺磁性理论理论的基本概念：顺磁性物质的原子间无相互作用（类似于稀薄气体状态），在无外场时各原子磁矩在平衡状态下呈现出混乱分布

6、，总磁矩为零，当施加外磁场时，各原子磁矩趋向于H方向。顺磁磁化过程示意图(a)无磁场(b)弱磁场(c)强磁场顺磁体的分类正常顺磁体磁化率与温度无关的顺磁体存在反铁磁体转变的顺磁体磁化率服从居里定律或居里–外斯定律。对于存在铁磁转变的物质，在居里点以上服从居里–外斯定律。稀土金属，在居里点以上的铁磁金属等。碱金属等。过渡族金属及其合金或它们的化合物。反铁磁体当温度高于尼尔点（TN）时，表现为顺磁体。第二节抗磁性与顺磁性物质磁性的分类物质的抗磁性物质的顺磁性金属的抗磁性与顺磁性影响因素测量与应用4.金属的抗磁性与顺磁性①金属的抗磁性——朗道抗磁性按照经典理论，传导电子是不可能出现

7、抗磁性的。因为外加磁场（由于洛伦兹力垂直于电子的运动方向）不会改变电子系统的自由能及其分布函数，因此磁化率为零。另一经典的图象：在外磁场作用下形成的环形电流在金属的边界上反射,因而使金属体内的抗磁性磁矩为表面“破折轨道”的反向磁矩抵消，不显示抗磁性。1930年朗道最早指出，在量子力学理论内，这个结论是不正确的。他首先证明，外磁场作用下的回旋运动使电子的能量量子化，从连续的能级变为不连续的能级，正是这种量子化引起了导体能量随磁场强度的变化，从而表现出抗磁性。这种量子化的能级被后人称为朗道能级，由于存在朗道