课件5 第三章：自发磁化理论.ppt

第三章：自发磁化理论 * 三、亚铁磁性的Neel分子场理论 Neel将反铁磁性定域分子场概念用于亚铁磁性中，并以反型尖晶石铁氧体的晶格结构为基础，建立了亚铁磁性的简单分子场理论。 理论要点：A、B次晶格相互作用是主要的，在0K时，A、B位上所有的离子磁矩MA与MB分别各自平行，但MA与MB方向相反，数量不等。 M=| MA －MB| 设尖晶石铁氧体的分子式为 ：MO·Fe2O3，且Fe3+在A、B位分布比例为：λ:μ，且有： 则其离子分布式为： 假设M2+为非磁性的，则λ、μ分别代表A、B位上磁性离子份数，在A、B次晶格系统中，分子场有四种： 1、Haa＝ aa Ma A位磁性离子作用于A位的分子场 2 Hab＝ abMb B位磁性离子作用于A位的分子场 3、Hba＝ baMa A位磁性离子作用于B位的分子场 4、Hbb＝ bbMb B位磁性离子作用于B位的分子场 （Ma、Mb: 1mol磁性离子在A、B位上的磁矩） （ aa：A次晶格内A－A分子场系数。） （ ab：A、B次晶格间A－B分子场系数。） 一般有： ab＝ ba，但Ma≠Mb，Hab ≠ Hba 取 ab0 aa， bb可正可负，取决于材料的性质，讨论中取正值。 ∴A、B位的总分子场 当有外场H0时，A、B位上的有效场为： ∴总自发磁化强度 由此可以讨论亚铁磁性的特性。 （一）、亚铁磁体的顺磁性（TTP) T高于某临界值时亚铁磁性转变为顺磁性。 此时αa1, αb1，利用Bs(α)的高温展开式得： 讨论： 1、 2、在顺磁性居里温度（或亚铁磁性居里温度）TP处， 1/χm=0，说明温度由高温降至TP后出现自发磁化。 * 磁性物理学 3-1 铁磁性物质的基本特征 3-2 外斯分子场理论 3-3 次晶格和定域分子场 — 反铁磁理论模型 反铁磁性是弱磁性。此类物质多为离子化合物。 典型金属：Cr、Mn 典型离子化合物：MnO、FeO、CoO、NiO 一、反铁磁性主要特征： 1、有一相变温度TN（Neel温度） TTN时，类似于顺磁性， （居里－外斯定律） 1/? TN T 2、原子磁矩有序排列 但每一次晶格的磁矩大小相等，方向相反，宏观磁性为零。 反铁磁自旋有序，首先是由舒尔和司马特利用中子衍射实验在MnO上证实。MnO的晶体结构是Mn离子形成面心立方晶格，O离子位于每个Mn-Mn对之间。从中子衍射线，超过奈耳点的室温衍射图与奈耳点以下80K温度的衍射图比较，看到低于奈耳点的衍射图有额外的超点阵线，通过分析得到反铁磁的磁结构。 二、“次晶格”与定域分子场 Neel 假设：反铁磁体中磁性离子构成晶格，可分为两个相等而又相互贯穿的次晶格A与B（A位、B位）。A位离子的只有B位离子作近邻，次近邻才是A（对B位亦然）。 A A A A A A B B B B B B 仿照 Weiss分子场理论，同时考虑到最近邻间的反平行耦合，则作用在A、B位的分子场分别为： 若A、B位离子同类且等量，则： 所以，在H作用下，作用于A、B位的有效场分别为： 利用Langevine和布里渊顺磁理论，可求出热平衡时A、B位中的M： 布里渊方程 由此可求反铁磁性的特性。 1、Neel温度（Tc) 在高温且H＝0时，MA、MB可用布里渊函数的高温近似描写： 在T＝TN时，各次点阵开始出现自发磁化，说明H＝0时，上式有非零解。 2、TTN时，反铁磁性物质的特性 TTN时，反铁磁性自发磁化消失，转变为顺磁性，在H作用下沿H方向感生出一定M，只要出现磁矩，由于磁矩之间相互作用，便存在定域分子场。 3、TTN时，反铁磁性物质的特性 TTN时，定域分子场作用占主导地位，次晶格的磁矩规则排列，在H＝0时有自发磁化，但宏观磁性为零，只有在H不为零时，才表现出宏观磁性。 反铁磁性次晶格内的自发磁化： H＝0时，由于定域分子场作用，次晶格内存在自发磁化。 对整个反铁磁性而言，在TTN范围内任何温度下总自发磁化强度为零。 H不为零时 此时，反铁磁性将随H方向而异。 a、H平行于次晶格自旋轴 ，H//HAmf H MB MA