鐵磁性與反鐵磁性

第12章鐵磁性與反鐵磁性1精選可編輯ppt目錄1.鐵磁序2.磁波子（磁振子）3.中子散射4.亞鐵磁序5.反鐵磁序6.鐵磁疇7.單疇粒子2精選可編輯ppt物質原子原子核核外電子原子核運動軌道運動＋自旋運動主要貢獻磁矩

為什么電子磁矩對物質磁矩起主要貢獻，而不是原子核磁矩呢？原子核比電子重1000多倍；原子核運動速度僅為電子速度的1/幾千；故：原子核磁矩可忽略原子核3精選可編輯ppt物質磁性分類的原則

A.是否有固有原子磁矩？B.是否有相互作用？C.是什么相互作用？1.抗磁性：沒有固有原子磁矩2.順磁性：有固有磁矩，沒有相互作用3.鐵磁性：有固有磁矩，直接交換相互作用4.反鐵磁性：有磁矩，直接交換相互作用5.亞鐵磁性：有磁矩，間接交換相互作用6.自旋玻璃和混磁性：有磁矩，RKKY相互作用7.超順磁性：磁性顆粒的磁晶各向異性與熱激發(fā)的競爭4精選可編輯ppt1.鐵磁序M：單位體積的磁矩。BE=λM對于順磁體：M=χPB

χP=M/B=C/T對于鐵磁體：M=χP（Ba+BE）

χ=M/Ba

=C/（T-Cλ）Χ=C/T-TC,TC=Cλλ=TC/C：平均場常數。鐵：λ≈5000BE≈λM

=103T5精選可編輯ppt交換場近似地表示量子力學的交換作用

假設i、j兩原子，自旋Si，Sj，其相互作用能：

U=-2JSi?Sj

（J：交換積分）在平均場近似下，J與Tc的關系6精選可編輯ppt在平均場近似下，對于S=1/2，磁化強度與溫度的函數關系為：若進行約化：7精選可編輯ppt低溫下，平均場近似給出的磁化強度的偏離量：

ΔM=M(0)-M(T)而實驗結果表明：低溫下ΔM隨溫度的變化要快的多如何來解釋？（自旋波理論）8精選可編輯ppt絕對零度下的飽和磁化強度：

nB是有效磁子數9精選可編輯ppt2s22p63s23p63d64s2Fe原子：Fe[26]nB=4實際觀測值nB往往不是整數，原因：1.自旋-軌道耦合，+/-軌道磁矩2.在順磁性離子實周圍感生的3.亞鐵磁性物質的自旋磁矩不是整數。10精選可編輯ppt金屬Cu的4s帶和3d帶關系示意圖金屬鎳的4s帶和3d帶關系示意圖11精選可編輯ppt2.磁波子假定N個自旋，每個大小為S，最近鄰自旋之間通過海森堡相互作用進行耦合，其相互作用能：晶格振動---晶格原子的相對位置的振動。聲子自旋波---晶格中自旋的相對取向的振動。磁波子（磁振子）12精選可編輯ppt磁波子的色散關系：

長波近似下k2的系數一般可由中子散射或自旋波共振準確測定。自旋波量子化：頻率為ωk的模含有nk個磁波子時，其能量激發(fā)一個磁波子，相當于一個1/2自旋的反轉磁波子的熱激發(fā)：13精選可編輯ppt3.中子散射中子能感受到晶體的兩個方面：核的分布和電子磁化強度的分布中子-核的相互作用截面與中子-電子相互作用截面數量級相同，因此磁性晶體對中子的衍射能確定磁矩的分布、方向和磁矩的序中子可以被結構非彈性散射，同時產生或消滅一個磁波子。---可測定磁波子譜動量守恒：能量守恒：14精選可編輯ppt4.亞鐵磁序在磁結構的本質上它和反鐵磁物質相似，但宏觀表現上卻更接近于鐵磁物質。

以磁鐵礦Fe3O4為例，即FeO?Fe2O3Fe3O4的自旋排列。15精選可編輯ppt鐵氧體就是典型的具有亞鐵磁性序的材料尖晶石結構：MO?Fe2O3，M是二價陽離子，比如Zn，Cd，Ni等尖晶石結構：Fe3O4,MnFe2O4,CoFe2O4石榴石結構：A3Fe5O12,(A=Y,Sm,Gd,Dy,Ho,Er,Yb)磁鉛石結構：BaFe12O19,PbFe12O19,SrFe12O19,鈣鈦礦結構：LaFeO3,四面體（A）位置：8個八面體（B）位置：16個尖晶石立方晶胞：含有8個MFe2O4JAA、JBB、JAB<016精選可編輯ppt石榴石結構：A3Fe5O12,(A=Y,Sm,Gd,Dy,Ho,Er,Yb結構中有3種位置：1.A位：氧正八面體中心；2.D位：氧正四面體中心；3.C位：氧正十二面體中心17精選可編輯ppt石榴石晶體結構示意圖YIG晶體中3種位置：6個氧構成A位置（V8）、4個氧構成D位置（V4）

、8個氧構成C位置（V12）金屬離子被O2－形成的亞點陣包圍：Y3＋→C；Fe3＋→A＋D石榴石晶胞中共160個原子（離子）：O原子96個構成亞點陣；A原子16個；D位24個；C位24個DCA18精選可編輯ppt亞鐵磁體的居里溫度及其磁化率19精選可編輯pptQ型P型R型N型TCTCTCTCTcompMSMSMSMS亞鐵磁性體自發(fā)磁化隨溫度的變化20精選可編輯ppt5.反鐵磁序

反鐵磁體是亞鐵磁體的一種特殊情況，即其中A和B兩套子晶格磁化強度相等（CA=CB）。MnO中Mn2+離子排列平均場近似下：TN=μCT>TN，理論結果實驗結果21精選可編輯ppt奈爾溫度以下的磁化率22精選可編輯ppt23精選可編輯ppt反鐵磁性磁波子：

反鐵磁性磁波子的色散關系：

長波近似下，鐵磁性24精選可編輯ppt6.鐵磁疇25精選可編輯ppt疇壁的3類：布洛赫疇壁（bloch）

尼爾疇壁（Neel）介于二者之間的疇壁（枕木狀）Bloch疇壁：磁化方向自旋相對于疇壁的法線成分連續(xù)變化。磁化強度在厚度方向上像竹簾打捻一樣實現反轉，多見于塊狀磁體xyzxyNeel疇壁：多見于磁性薄膜，磁化方向在薄面上發(fā)生旋轉，最終實現反轉；26精選可編輯ppt

疇壁的厚度取決于交換能和磁各向異性平衡的結果

磁學各向異性磁學特性隨晶體學方向不同而不同的特性；磁學特性包括：初始磁導率，飽和磁化強度、剩余磁化強度、矯頑力等等鐵單晶沿不同方向的磁化曲線不同晶體學方向磁化難易程度不同27精選可編輯ppt鐵磁體在外磁場中磁化的過程主要為磁疇壁的移動和磁疇內磁矩的轉向過程MHMSMHMMH28精選可編輯ppt

形成疇結構的原因：系統(tǒng)能量最低結果，是交換相互作用能、磁晶各向異性能、磁彈性能、退