最新抗磁性與順磁性教學(xué)講義PPT.ppt

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1、抗磁性與順磁性本章內(nèi)容基本磁學(xué)性能抗磁性與順磁性鐵磁體與反鐵磁性磁性的材料與分析朗道（1908～1968）蘇聯(lián)著名的物理學(xué)家。最著名的貢獻(xiàn)有“朗道十誡”：量子力學(xué)中的密度矩陣和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)(1927)；自由電子抗磁性的理論(1930)；二級(jí)相變的研究(1936～1937)；鐵磁性的磁疇理論和反鐵磁性的理論解釋(1935)；超導(dǎo)體的混合態(tài)理論(1934)；原子核的幾率理論(1937)；氦Ⅱ超流性的量子理論(1940～1941)；基本粒子的電荷約束理論(1954)；費(fèi)米液體的量子理論(1956)；弱相互作用的CP不變性(1957)。因凝聚態(tài)特別是液氦的先驅(qū)性理論，被授予1962年諾

2、貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。第二節(jié)抗磁性與順磁性物質(zhì)磁性的分類物質(zhì)的抗磁性物質(zhì)的順磁性金屬的抗磁性與順磁性影響因素測(cè)量與應(yīng)用1.物質(zhì)磁性的分類一切物質(zhì)都具有磁性，任何空間都存在磁場(chǎng)，只是強(qiáng)弱不同而已。磁化率：材料的磁化強(qiáng)度M與外磁場(chǎng)強(qiáng)度H的比值。它的大小反映了物質(zhì)磁化的難易程度，也是對(duì)物質(zhì)磁性分類的主要依據(jù)。磁體的分類抗磁體順磁體反鐵磁體鐵磁體亞鐵磁體磁化率為甚小的負(fù)常數(shù)，約為10-6數(shù)量級(jí)磁化率為正常數(shù)，約為10-3~10-6數(shù)量級(jí)磁化率為甚小的正常數(shù)，當(dāng)T高于某個(gè)溫度時(shí)，其行為像順磁體。磁化率為很大的正變數(shù)，約為10~106數(shù)量級(jí)過渡族金屬貴金屬，稀土金屬，堿金屬如α-Mn、鉻、氧化鎳

3、、氧化錳等鐵、鈷、鎳類似鐵磁體，但磁化率沒有鐵磁體那樣大四氧化三鐵等弱磁體強(qiáng)磁體MH鐵磁性材料亞鐵磁性材料順磁性材料反鐵磁性材料抗磁性材料五類磁體的磁化曲線0第二節(jié)抗磁性與順磁性物質(zhì)磁性的分類物質(zhì)的抗磁性物質(zhì)的順磁性金屬的抗磁性與順磁性影響因素測(cè)量與應(yīng)用2.物質(zhì)的抗磁性外加磁場(chǎng)所感生的軌道矩改變抗磁性TORH抗磁性是普遍存在的，它是所有物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下毫不例外地具有的一種屬性，大多數(shù)物質(zhì)的抗磁性因?yàn)楸惠^強(qiáng)的順磁性所掩蓋而不能表現(xiàn)出來。產(chǎn)生機(jī)理外磁場(chǎng)穿過電子軌道時(shí)，引起的電磁感應(yīng)使軌道電子加速。根據(jù)Lenz定律，由軌道電子的這種加速運(yùn)動(dòng)所引起的磁通，總是與外磁場(chǎng)變化相反，因而

4、磁化率是負(fù)的。郎之萬順磁性理論每個(gè)原子內(nèi)有z個(gè)電子，每個(gè)電子有自己的運(yùn)動(dòng)軌道，在外磁場(chǎng)作用下，電子軌道繞H進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)頻率為ω，稱為L(zhǎng)amor進(jìn)動(dòng)頻率。由于軌道面繞磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)，使電子運(yùn)動(dòng)速度有一個(gè)變化⊿v，電子軌道磁矩增加⊿μ，但方向與磁場(chǎng)相反，使總的電子軌道磁矩減小?？傊?，由于磁場(chǎng)作用引起電子軌道磁矩減小，表現(xiàn)出抗磁性。無論電子順時(shí)針運(yùn)動(dòng)還是逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，所產(chǎn)生的附加磁矩△m都與外加磁場(chǎng)的方向相反，故稱為抗磁矩。一個(gè)電子在外加磁場(chǎng)H的作用下，產(chǎn)生的的抗磁矩為式中，負(fù)號(hào)表示△ml與H的方向相反;分母me為電子質(zhì)量一個(gè)原子常有z個(gè)電子，每個(gè)電子都要產(chǎn)生抗磁矩，由于電子的軌道半徑不同，

5、故一個(gè)原子的抗磁矩為任何材料在磁場(chǎng)作用下都要產(chǎn)生抗磁性，與溫度、外磁場(chǎng)無關(guān)。從廣義上來說，超導(dǎo)也是一種抗磁性。第二節(jié)抗磁性與順磁性物質(zhì)磁性的分類物質(zhì)的抗磁性物質(zhì)的順磁性金屬的抗磁性與順磁性影響因素測(cè)量與應(yīng)用物質(zhì)的順磁性主要源于原子內(nèi)部存在永久磁矩。3.物質(zhì)的順磁性順磁性描述的是一種弱磁性，它呈現(xiàn)出正的磁化率，大小為10-6~10-3.C為居里常數(shù)，TP為順磁性居里溫度。TOTO順磁性的磁化率滿足以下規(guī)律：少部分大部分表示在某一個(gè)溫度之上才顯示順磁性郎之萬順磁性理論理論的基本概念：順磁性物質(zhì)的原子間無相互作用（類似于稀薄氣體狀態(tài)），在無外場(chǎng)時(shí)各原子磁矩在平衡狀態(tài)下呈現(xiàn)出混亂分布

6、，總磁矩為零，當(dāng)施加外磁場(chǎng)時(shí)，各原子磁矩趨向于H方向。順磁磁化過程示意圖(a)無磁場(chǎng)(b)弱磁場(chǎng)(c)強(qiáng)磁場(chǎng)順磁體的分類正常順磁體磁化率與溫度無關(guān)的順磁體存在反鐵磁體轉(zhuǎn)變的順磁體磁化率服從居里定律或居里–外斯定律。對(duì)于存在鐵磁轉(zhuǎn)變的物質(zhì)，在居里點(diǎn)以上服從居里–外斯定律。稀土金屬，在居里點(diǎn)以上的鐵磁金屬等。堿金屬等。過渡族金屬及其合金或它們的化合物。反鐵磁體當(dāng)溫度高于尼爾點(diǎn)（TN）時(shí)，表現(xiàn)為順磁體。第二節(jié)抗磁性與順磁性物質(zhì)磁性的分類物質(zhì)的抗磁性物質(zhì)的順磁性金屬的抗磁性與順磁性影響因素測(cè)量與應(yīng)用4.金屬的抗磁性與順磁性①金屬的抗磁性——朗道抗磁性按照經(jīng)典理論，傳導(dǎo)電子是不可能出現(xiàn)

7、抗磁性的。因?yàn)橥饧哟艌?chǎng)（由于洛倫茲力垂直于電子的運(yùn)動(dòng)方向）不會(huì)改變電子系統(tǒng)的自由能及其分布函數(shù)，因此磁化率為零。另一經(jīng)典的圖象：在外磁場(chǎng)作用下形成的環(huán)形電流在金屬的邊界上反射,因而使金屬體內(nèi)的抗磁性磁矩為表面“破折軌道”的反向磁矩抵消，不顯示抗磁性。1930年朗道最早指出，在量子力學(xué)理論內(nèi)，這個(gè)結(jié)論是不正確的。他首先證明，外磁場(chǎng)作用下的回旋運(yùn)動(dòng)使電子的能量量子化，從連續(xù)的能級(jí)變?yōu)椴贿B續(xù)的能級(jí)，正是這種量子化引起了導(dǎo)體能量隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，從而表現(xiàn)出抗磁性。這種量子化的能級(jí)被后人稱為朗道能級(jí)，由于存在朗道