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1、关于磁性分类第一页，本课件共有39页 1.抗磁性抗磁性抗磁性抗磁性（1 1）来源）来源：(a)(a)满壳层电子在外磁场作用下感生出的与外满壳层电子在外磁场作用下感生出的与外满壳层电子在外磁场作用下感生出的与外满壳层电子在外磁场作用下感生出的与外场相反的磁矩。场相反的磁矩。场相反的磁矩。场相反的磁矩。(b)(b)自由电子在外场运动造成的。自由电子在外场运动造成的。自由电子在外场运动造成的。自由电子在外场运动造成的。（2 2）数值、正负：）数值、正负：）数值、正负：）数值、正负：（3 3）与温度的关系：基本与温度无关。）与温度的关系：基本与温度无关。）与温度的关系：基本与温度无关。）与温度的关系：
2、基本与温度无关。（4 4）例证：）例证：）例证：）例证：NaCl,Cu,ZnNaCl,Cu,Zn，SiO2 2。第二页，本课件共有39页2.顺磁性顺磁性顺磁性顺磁性（1 1）来源：具有固有磁矩的离子，因相距较远，则离子间）来源：具有固有磁矩的离子，因相距较远，则离子间）来源：具有固有磁矩的离子，因相距较远，则离子间）来源：具有固有磁矩的离子，因相距较远，则离子间没有或只有很小的相互作用。外磁场的作用，在克服热运动没有或只有很小的相互作用。外磁场的作用，在克服热运动没有或只有很小的相互作用。外磁场的作用，在克服热运动没有或只有很小的相互作用。外磁场的作用，在克服热运动后，在场方向产生微弱的磁化。
3、后，在场方向产生微弱的磁化。后，在场方向产生微弱的磁化。后，在场方向产生微弱的磁化。（2 2）数值、正负：数值、正负：数值、正负：数值、正负：第三页，本课件共有39页n n（3 3）与温度关系：）与温度关系：n nEuSiOEuSiO3 3n n（4）例证：O2,NO,Sc,Ti,V,NO,Sc,Ti,V,铁磁性，亚铁磁铁磁性，亚铁磁性高于居里点，反铁磁性高于奈尔点。性高于居里点，反铁磁性高于奈尔点。第四页，本课件共有39页 3.3.铁磁性：铁磁性：（1）来源）来源:具有固有磁矩的离子因之间的正的交具有固有磁矩的离子因之间的正的交具有固有磁矩的离子因之间的正的交具有固有磁矩的离子因之间的正的交
4、换作用，使它们的磁矩长程平行的排列。从而存换作用，使它们的磁矩长程平行的排列。从而存换作用，使它们的磁矩长程平行的排列。从而存换作用，使它们的磁矩长程平行的排列。从而存在自发磁化。磁畴的形成，磁化，磁滞。在自发磁化。磁畴的形成，磁化，磁滞。在自发磁化。磁畴的形成，磁化，磁滞。在自发磁化。磁畴的形成，磁化，磁滞。第五页，本课件共有39页（2 2）数值，正负：）数值，正负：）数值，正负：）数值，正负：（3 3）与温度关系：）与温度关系：）与温度关系：）与温度关系：当温度上升时，自发磁化强度当温度上升时，自发磁化强度MS减小，减小，至居里温度至居里温度TC时变为零。时变为零。TTC时呈现顺磁性，满足
5、居里时呈现顺磁性，满足居里-外斯外斯定律。定律。第六页，本课件共有39页n只有很少的几种绝缘化合物有铁磁性：如：CrBr3,GdCl3,EuO 过渡金属：-Fe,Co,Ni,Gd以及合金。其磁性属于游行电子铁磁性。第七页，本课件共有39页4.4.反铁磁性：反铁磁性：反铁磁性：反铁磁性：（1）来源：固有磁矩间具有负的交换作用。磁矩）来源：固有磁矩间具有负的交换作用。磁矩）来源：固有磁矩间具有负的交换作用。磁矩）来源：固有磁矩间具有负的交换作用。磁矩间长程的反平行排列。间长程的反平行排列。间长程的反平行排列。间长程的反平行排列。第八页，本课件共有39页 （2 2）数值，正负：）数值，正负：）数值，
6、正负：）数值，正负：（3 3）与温度关系：）与温度关系：第九页，本课件共有39页n大多数过渡金属或稀土金属的氧化物，硫化物，氟化物等都属于反铁磁体。n过渡金属 Cr,Mn,-Fe以及部分稀土属于反铁磁体。还有些合金元素。第十页，本课件共有39页5 5 亚铁磁性：亚铁磁性：（1 1）来源：具有两个反平行的次点阵。但磁矩不）来源：具有两个反平行的次点阵。但磁矩不同，故有净磁矩的存在。同，故有净磁矩的存在。第十一页，本课件共有39页 （2 2）数值正负：）数值正负：）数值正负：）数值正负：（3 3）与温度关系：）与温度关系：在在Curie温度温度TC以下，以下，有自发磁化，有自发磁化，自发磁化强度一
7、般随温度上升而减小自发磁化强度一般随温度上升而减小。TTC时呈现顺磁性，时呈现顺磁性，但在但在TC附近与居里附近与居里-外斯定律偏离较大，在高温时满足居里外斯定律偏离较大，在高温时满足居里-外斯外斯定律，但定律，但 pS时，当LS时，第二十三页，本课件共有39页第二十四页，本课件共有39页第二十五页，本课件共有39页（自旋贡献）（自旋贡献）（自旋贡献）（自旋贡献）（轨道贡献）（轨道贡献）（轨道贡献）（轨道贡献）第二十六页，本课件共有39页3 Hund规则规则a)在泡利原理许可的条件下，总自旋量子数在泡利原理许可的条件下，总自旋量子数S取最大值。取最大值。b)在满足在满足(a)条件下，总轨道角动
8、量量子数条件下，总轨道角动量量子数L取最大值。取最大值。c)在未满壳层中，电子数小于壳层总电子数一半时，总角动在未满壳层中，电子数小于壳层总电子数一半时，总角动量量子数量量子数J=|L-S|；电子数大于或等于壳层总电子数一半时，；电子数大于或等于壳层总电子数一半时，J=L+S原子（离子）基态光谱项表示方法原子（离子）基态光谱项表示方法第二十七页，本课件共有39页举例：举例：举例：举例：（1 1）FeFe2+2+的基态的基态的基态的基态 3d3d6 64s4s2 2 Fe Fe2+2+(失去两个失去两个失去两个失去两个4s4s电子）电子）电子）电子）6 6个个个个3d3d电子的排列：电子的排列：
9、电子的排列：电子的排列：L=2,L=2,根据根据根据根据HundHund规则规则规则规则mml l 2 1 0 -1 -2 2 1 0 -1 -2mms s 第二十八页，本课件共有39页Fe2+:S=4 1/2=2,L=2+1+0-1-2+2=2J=L+S=4基态光谱项：基态光谱项：L:0,1,2,3,4,5,6,7 S P D F G H I K 5D4第二十九页，本课件共有39页 (2)Nd(2)Nd3+3+4f4f4 45s5s2 25p5p6 66s6s2 2 NdNd3+3+(失去失去失去失去2 2 2 2个个6s6s一个一个4f4f4f4f电子）电子）电子）电子）未满壳层为未满壳层
10、为未满壳层为未满壳层为3 3 3 3个个个个4f4f电子。电子。电子。电子。L=3L=3L=3L=3 m m m ml l l l 3 2 1 0 -1 -2 -3 3 2 1 0 -1 -2 -3 m m m ms s s s S=3/2,L=6,J=9/2 S=3/2,L=6,J=9/2 S=3/2,L=6,J=9/2 S=3/2,L=6,J=9/2 4 4 4 4I I I I9/29/29/29/2第三十页，本课件共有39页 2.3晶场效应晶场效应磁性物质中的磁性离子所受的外场：磁性物质中的磁性离子所受的外场：（1）受核、周围离子等所产生的静电场的作用。）受核、周围离子等所产生的静电场
11、的作用。（2）磁性离子与近邻离子间电子波函数的重叠，产生的静电）磁性离子与近邻离子间电子波函数的重叠，产生的静电的和交换的相互作用。的和交换的相互作用。特点特点:（a）晶场具有与磁性离子所在处相同的对称性。）晶场具有与磁性离子所在处相同的对称性。（b）晶场对晶体中的电子态有很大影响）晶场对晶体中的电子态有很大影响.（c）晶场通过自旋轨道耦合影响晶体中自旋的）晶场通过自旋轨道耦合影响晶体中自旋的 取向，从而引起磁晶各向异性。取向，从而引起磁晶各向异性。第三十一页，本课件共有39页晶场作用下，磁性离子的哈密顿可表示为：晶场作用下，磁性离子的哈密顿可表示为：晶场作用下，磁性离子的哈密顿可表示为：晶场
12、作用下，磁性离子的哈密顿可表示为：比较库仑能比较库仑能比较库仑能比较库仑能 晶场能，自旋轨道耦合能的大小晶场能，自旋轨道耦合能的大小晶场能，自旋轨道耦合能的大小晶场能，自旋轨道耦合能的大小第三十二页，本课件共有39页 2 各种磁性离子所受晶场的大小各种磁性离子所受晶场的大小1弱晶场弱晶场 稀土离子，稀土离子，(如如Nd3+4f35s25p6)4f 电子受有效核电场作用大。电子受有效核电场作用大。同时同时 受受5s25p6壳层的影响（壳层的影响（1.与其他电子发生波函数重叠的与其他电子发生波函数重叠的几率减小。几率减小。2.屏蔽作用。）屏蔽作用。）晶场能晶场能102cm-1量级。量级。Hund法
13、则的三条原则都仍然成立。法则的三条原则都仍然成立。2中等晶场中等晶场 铁族离子，铁族离子，3d电子受有效核电场作用小，直接暴露在最外，电子受有效核电场作用小，直接暴露在最外，与其他电子波函数重叠几率增加。同时受其他离子的静电场作与其他电子波函数重叠几率增加。同时受其他离子的静电场作用大。晶场能用大。晶场能 104cm-1量级。量级。Hund法则的第一条仍然能够法则的第一条仍然能够成立。成立。第三十三页，本课件共有39页3强晶场强晶场Pd族和族和Pt族离子，族离子，（及络合物中一些铁族离子）（及络合物中一些铁族离子）晶场效应很大，（与交换关联和库仑关联相仿）晶场效应很大，（与交换关联和库仑关联相
14、仿）Hund法则不法则不成立。存在低自旋态。从而使成立。存在低自旋态。从而使4d和和5d族过渡元素只有很小的族过渡元素只有很小的磁矩。磁矩。晶场的表示：晶场的表示：用磁性离子与周围离子间的静电相互作用势能来表示晶场。用磁性离子与周围离子间的静电相互作用势能来表示晶场。磁性离子受最近邻离子的静电势能为磁性离子受最近邻离子的静电势能为第三十四页，本课件共有39页晶场对电子状态的影响：晶场对电子状态的影响：晶场对电子状态的影响：晶场对电子状态的影响：1）立方晶场中的本征函数）立方晶场中的本征函数 晶场的作用使得磁性离子中电子状态发生变化，其波函数不晶场的作用使得磁性离子中电子状态发生变化，其波函数不
15、再是自由离子的单电子波函数，而是由它们的叠加组合而成。再是自由离子的单电子波函数，而是由它们的叠加组合而成。离子的波函数与受到的晶场大小及对称性有关。离子的波函数与受到的晶场大小及对称性有关。第三十五页，本课件共有39页例：立方晶场中的例：立方晶场中的3d电子波函数电子波函数第三十六页，本课件共有39页2）轨道矩的淬灭）轨道矩的淬灭 3d电子在立方晶场中的电子态的磁量子数为零，则其轨道角动量在电子在立方晶场中的电子态的磁量子数为零，则其轨道角动量在磁场方向的投影为零，表明在外磁场作用下不出现轨道磁矩。磁场方向的投影为零，表明在外磁场作用下不出现轨道磁矩。3）能级分裂）能级分裂不计晶场时，能级简并。计入晶场势后，电子态能量发生变化，能不计晶场时，能级简并。计入晶场势后，电子态能量发生变化，能级将产生分裂。级将产生分裂。第三十七页，本课件共有39页低自旋现象双重简并双重简并双重简并双重简并e eg g三重简并三重简并三重简并三重简并t t2g2g(能隙能隙能隙能隙库仑作用能第三十八页，本课件共有39页感谢大家观看第三十九页，本课件共有39页