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固體磁性第二章第一頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 電子軌道運(yùn)動(dòng)受磁場(chǎng)作用,產(chǎn)生一附加電流以抵消磁通量的變化,于是就產(chǎn)生了抗磁性磁矩
1朗之萬(wàn)(Langevin)抗磁理論2-1-1局域電子抗磁性.2-1
抗磁性(DM)第二頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 磁場(chǎng)引起附加進(jìn)動(dòng),產(chǎn)生附加角動(dòng)量 第三頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五2量子力學(xué)計(jì)算 在磁場(chǎng)中電子系統(tǒng)哈密頓量第四頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 用微擾法求體系能量,微擾哈密頓量: 第五頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 若考慮系統(tǒng)有N個(gè)原子 第六頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 定性結(jié)論: 1)抗磁性為一切物質(zhì)所具有,是物質(zhì)的共性 2)抗磁磁化率為負(fù) 3)若<ri2>不受熱運(yùn)動(dòng)影響,則d與溫度無(wú)關(guān)
4)d隨原子中電子數(shù)及原子序數(shù)增加而增加,且正比于各原子的軌道半徑平方第七頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五2-1-2傳導(dǎo)電子抗磁性
來(lái)源于傳導(dǎo)電子在外磁場(chǎng)下進(jìn)行回旋運(yùn)動(dòng)的量子效應(yīng).所有金屬均存在.經(jīng)典理論無(wú)法給出傳導(dǎo)電子的宏觀抗磁性.經(jīng)典回旋運(yùn)動(dòng)不改變電子動(dòng)能.第八頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 在磁場(chǎng)中傳導(dǎo)電子的哈密頓量為:第九頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第十頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第十一頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第十二頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第十三頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第十四頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五3德哈斯—范阿爾芬效應(yīng) 在低溫下某些金屬抗磁(順磁)磁化率隨磁場(chǎng)改編成周期性震蕩。第十五頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第十六頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五德哈斯-范阿爾芬效應(yīng)可提供關(guān)于費(fèi)米面的信息.第十七頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五Landaulevels.
有效質(zhì)量.FreeElectron.Approx.,byF-Dstatistics,考慮到晶格的周期靜電勢(shì)弱的溫度依賴(lài)性.Bi:StrongDMofCE.第十八頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五明顯的溫度依賴(lài)性!在半導(dǎo)體和半金屬材料中,電子濃度低當(dāng)滿(mǎn)足Em
orEF
<<kT時(shí),費(fèi)米統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)化為玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)第十九頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 朗之萬(wàn)經(jīng)典理論 設(shè)單位體積中有N個(gè)原子,每個(gè)原子具有磁矩為,磁矩間無(wú)相互作用 外磁場(chǎng)中,磁矩位能2-2順磁性(PM)2-2-1取向順磁性第二十頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 每個(gè)磁矩態(tài)和:第二十一頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 高溫時(shí)第二十二頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 低溫強(qiáng)場(chǎng)下第二十三頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 實(shí)驗(yàn)室普通條件第二十四頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五2量子化修正 磁矩在磁場(chǎng)方向投影非連續(xù)分布,只能取第二十五頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 在實(shí)驗(yàn)室普通條件第二十六頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五2-2-2VanVleckPM來(lái)源于磁場(chǎng)與磁矩作用的二級(jí)微擾激發(fā)態(tài)混入(電子云形變).Localizedelectrons
vv
mayexistswhenJ=0orJ
0atgroundstate.vv
在能帶電子中同樣存在.
一般情況,vv與溫度T無(wú)關(guān).第二十七頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五2-2-3傳導(dǎo)電子順磁性,PauliPM外加磁場(chǎng)導(dǎo)致正負(fù)自旋能帶錯(cuò)開(kāi),從而使得電子重新分布,導(dǎo)致正負(fù)自旋電子數(shù)量不一致,導(dǎo)致了磁化第二十八頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五 單位體積中,第二十九頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第三十頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五(2)傳導(dǎo)電子間的交換作用及庫(kù)侖相關(guān).增強(qiáng)泡利順磁磁化率<1,’>1.第三十一頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五小結(jié):2.pi:局域電子順磁磁化率,來(lái)源于具有固有磁矩的原子、離子及金屬中的原子實(shí)。取向順磁性,磁場(chǎng)取向與熱運(yùn)動(dòng)之間的競(jìng)爭(zhēng)。居里及居里-外斯定律1.di:局域電子抗磁磁化率,來(lái)源于原子、離子及金屬中的原子實(shí),di~10-6。隨原子中電子數(shù)及原子序數(shù)增加而增加,且正比于各原子的軌道半徑平方;一般不依賴(lài)溫度.第三十二頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五3.vv:范弗萊克順磁性,磁場(chǎng)導(dǎo)致的電子云形變.
vv~0-10-4.其數(shù)值與電子云的對(duì)稱(chēng)性(形狀)有關(guān)。與溫度無(wú)關(guān)。4.de:傳導(dǎo)電子抗磁性,來(lái)源于傳導(dǎo)電子在外磁場(chǎng)下進(jìn)行回旋運(yùn)動(dòng)的量子效應(yīng).
de~10-6,一般與溫度無(wú)關(guān).5.pe:傳導(dǎo)電子順磁性,外加磁場(chǎng)導(dǎo)致正負(fù)自旋能帶錯(cuò)開(kāi)從而導(dǎo)致正負(fù)自旋電子數(shù)量不一致.交換增強(qiáng)效應(yīng).第三十三頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五2-3無(wú)磁序磁性材料多種磁性作用共存于固體材料中,它們之間的相互競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致了材料最終的磁性能.金屬及半導(dǎo)體,=di+pi+pe+de.
非金屬,=di+pi
.
第三十四頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五2-3-1周期表中元素的磁性第三十五頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五Table1.Dataofatomicmagneticsusceptibilityofmetallicelementsinperiodictableatroomtemperature.ⅠAIIA234567Li325.2Be4-9.02Na1115.6Mg126K1921.5Ca2044Rb3719.2Sr3892Cs5529.9Fr87Ba5620Ra88Sc21315Y39191La57140Ac89(90-103)Ti22150Zr40120Hf5870Ku104V23230Nb41120Ta59145Ha105Cr24160Mo4254W6040Mn25527Tc43Re6168.7Fe26-Ru4444Os627.6Fromlefttoright:weakPM---strongPMwithFM,AF&FIM---DM.第三十六頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五ⅠB
ⅡBⅢⅣⅤⅥ234567Co27Rh45113Ir7725Ni28Pd46580Pt78200Cu29-5.4Ag47-21.56Au79-29.6Zn30-10.3Cd48-19.6Hg80-33.8Ga31-16.8In49-12.6α-Tl81-44.0Ge32-8.9β-Sn50*4.4As33-5.5Pb82-24.9Sb51-107Bi83-285Se34-26.5Te52-40.8Po84B5-6.7Al1316.7C6-42Si14P15*α-Sn,A=-31.5×10-6第三十七頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五PMSimplemetalsGroupIAandIIA,exceptBe(A=-10·10-6)TheoreticalandexperimentalvaluesareshowninTable2-2第三十八頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五2.DiamagneticmetalsGroupIB,IIB,IIIA,IVA,VAexceptAl(PM)arediamagnetic.Cu,Ag,Au,CuAgAu
A-5.4-21.56-29.59measured
ion
-18.0-31.0-45.08determinedindirectly
Ae12.69.4416.21A-ion
Ape18.914.1624.3diisdeterminedbyindirectmethodfromdataofsalts(13)orsemi-theoreticalmethod.(13)第三十九頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五pecanbedetermineddirectlybyCESR.pe~intansify,indirectlybyNMRfromknight,K~peorindirectlyby(e-di)3/2asintheabovetable.(2)Bi,Sbetc.,withnearlyfullyfilledband,m*small.pe
<-
de.
Diamagneticnon-metalsandgases.ElementsinIIIA-VIIIACovalentsolid,molecules
andinertgases
AlldiamagneticwithsomeexceptionsC:diamondA
=-5.9,Graphite:A
=2.25106Sn:(-37,3.1)第四十頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五4Transitionmetals
*29TMs:3FM,2AFM,19PM.~10-5-10-4*AllPM,strongPMTM:Pd,V,Sc,Pt.*~Tvarying(1)
NormalTdependence:T↑,↓,withlarge,andMax.N(EF).(2)AbnormalTdependence:T↑,↑,forsmall
andMin.
N(EF).
=di+vv+de(d)+pe(d)+de(s)+pe(s)第四十一頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第四十二頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第四十三頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第四十四頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五第四十五頁(yè),共四十八頁(yè),編輯于2023年,星期五5REmetals4felectronsprovidemainmagnetism=di+p+vv+CEMostlymag.orderatlowT.StrongPMathi
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