CH1-1-原子磁性解讀課件

三.本章內(nèi)容§1-1磁性的微觀起源§1-2抗磁性§1-3順磁性§1-4鐵磁性§1-5*反鐵磁§1-6自旋波§1-7*磁阻錯(自旋玻璃.自旋液體.自旋冰)§1-8磁電阻(磁電耦合一)-自旋電子學-07NoblePrize§1-9Halleffects(磁電耦合二) -量子、分數(shù)量子、拓撲絕緣體序-現(xiàn)象文-起源

知其所以然!fluctuation一、什么是固體的磁性1.物質(zhì)的磁性

—四種基本物理現(xiàn)象

指南針

-司南

(戰(zhàn)國)鐵制品-可磁化磁鐵不銹鋼-不可磁化PlasticWood-非磁性Why?

物質(zhì)有磁性或沒有磁性?How?描述物質(zhì)磁性?Fe3O4鐵磁順磁反鐵磁抗磁

三個基本物理量:M:固體自身磁性質(zhì)B:外磁場

:固體對外場的響應(yīng)

描述固體宏觀磁性質(zhì)的基礎(chǔ)M.B:基本物理量

:導出量微觀物理圖像

I?§1－1固體磁性的微觀起源

－原子的磁矩一.宏觀固體磁性起源磁化強度:原子磁矩電子磁矩

核磁矩

二.電子的磁矩

磁性的本質(zhì)是量子行為◆

表現(xiàn)形式之一:

～角動量電子的角動量自旋角動量軌道角動量電子總磁矩:

◆

表現(xiàn)形式之二:角動量量子化A.單電子原子磁矩與角動量關(guān)聯(lián)的提出歷史？原子中的實際電子分布-多電子系統(tǒng)1.1原子的電子結(jié)構(gòu)原子的經(jīng)典玻爾模型：Z個電子圍繞原子核做園周或橢圓運動,核外電子結(jié)構(gòu)用四個量子數(shù)表征：n.l.m.s(多電子體系)

n:電子軌道大小由主量子數(shù)n決定

n=1,2,3,4,………的軌道群又稱為K,L,M,N,…….的電子殼層l

:軌道的形狀由角動量

l

決定

l=0,1,2,3,……..n-1（下頁）

又稱為s,p,d,f,g,……..電子m:

當施加一個磁場在一個原子上時，角動量與磁場方向

的取向也是量子化的，l分量由磁量子數(shù)m決定

m=l,l-1,l-2,……0,…..-(l-1),-l

S:

電子自旋量子數(shù)由s決定●KLMZe軌道：S電子軌道l=1：p電子ml=+1,0,-1n,l,m表征的一個電子軌道上如果有兩個電子，雖然它們的自旋是相反的，但靜電的庫侖排斥勢,仍然使系統(tǒng)能量提高。因而一個軌道傾向只有一個電子占據(jù)。泡利不相容原理：

同一個量子數(shù)n，l，m，s

表征的量子狀態(tài)只能有一個電子占據(jù)。庫侖相互作用:原子的電子結(jié)構(gòu)—占據(jù)殼層的規(guī)律—多個電子如何定n,l,m,s?B.多電子原子總磁矩

J與總角動量J關(guān)系:Shell大，電子間距離遠，庫倫作用小推導在下頁推導：Hundrule:原子或離子基態(tài)不違反泡利原理條件下,自旋角動量S的和 取允許的最大值(2)在同樣條件下,軌道角動量L的和 取允許的最大值(3)在確定S和L之后,依照原子物理學,原子的總角動量量子數(shù)J

可以取下列值:J=︱L-S︳,︱L-S︳+1,···,L+S.

實際：當支殼層不到半滿時,取J=︱L-S︳;而當殼層半滿或超過半滿時,J取L+S量子力學證明:<固體物理學>Page271胡安章維益洪德法則的起源：(1)未滿殼層的電子自旋si排列：電子由于庫侖排斥而傾向于取不同軌道，而原子內(nèi)的自旋-自旋間的相互作用使自旋平行排列，從而總自旋S取最大值。

(泡利不相容原理)(2)每個電子的軌道矢量li的排列：電子傾向于同樣的方向繞核旋轉(zhuǎn),以避免靠近而增加庫侖排斥能，使

總的軌道角動量L取最大值.(3)由于L和S間的耦合，

電子數(shù)n小于半滿時J=L-S，

電子數(shù)n大于半滿時J=L+S。

(洪德法則一般的描述只有(1)和(2)項)類比：行星的自轉(zhuǎn)（自旋）與公轉(zhuǎn)（軌道）原子基態(tài)用角動量標記方式:

例1:稀土:鑭系理論值與實驗結(jié)果的比較固體的磁性的基本特征不同固體的磁性原子磁矩:?