铁磁性分子场理论课件.ppt

第八章磁性物理

;8.3物质的抗磁性和顺磁性;2.顺磁性（paramagnetism）;8.4铁磁性的“分子场”理论;只要在很小的磁场下就可以感生出很大的磁化强度M。但是当温度高于某个临界值Tc（称居里温度）时，铁磁性将转变成顺磁性，磁化率x服从居里－外斯定律。;2.外斯分子场理论;Hm=λMs(T);三个主要结论;在原子组成物质时，当各电子的电子云重叠时，根据量子力学理论可以导出各电子之间存在静电的相互交换作用，引起的交换作用能为：;金属的交换积分常数A和a-2r的关系;直接交换作用最大的贡献是揭示了分子场的本质来源于电子间的静电的相互作用，

但是它不能完全解释各种具体的铁磁性物质中的强磁性。在直接交换作用的基础上，根据实验结果，对具体结构的铁磁性物质的电子交换作用有不同的说明。;3．稀土金属化合物中的间接交换作用;RKKY理论中心思想是：

在稀土金属中4f电子是局域的，6s电子是游动的。f电子与s电子发生交换作用,使s电子极化，这个极化了的s电子的自旋对f电子自旋取向有影响；结果形成了以游动的s电子为媒介，使磁性离子的4f电子自旋与相邻的离子的4f电子自旋存在间接交换作用，从而产生自发磁化。;稀土金属与3d过渡族金属形成一系列金属间化合物。其中富3d过渡族金属化合物如REM5、RE2M17等已成为重要的永磁材料。在这类化合物中R-R和R-M原子间距都较远，无论是4f间还是3d-4f电子云间都不可能重叠，它是以传导电子为媒介产生间接交换作用;稀土化合物中原子磁矩的耦合方式

(a)轻稀土化合物(b)重稀土化合物;8.6铁磁体中的磁晶各向异性、磁致伸缩;1．磁晶各向异性能;图8.13Fe单晶在不同晶轴方向的磁化曲线;对于六角晶体，如果易磁化轴是晶体的六重对称轴，那么易磁化轴只有一个，所以称为单轴晶体。单轴晶体磁晶各向异性能是sinθ的函数，即Ek=f(θ)。将此式按泰勒级数展开;用自旋-轨道相互作用解释磁晶各向异性的起源的中心思想;稀土元素的轨道磁矩没有淬灭，所以轨道和自旋间存在耦合作用很强，它的磁晶各向异性要大于3d过渡族元素。利用它的大磁晶各向异性，可以制备永磁材料。;开路磁体的退磁场;退磁场Hd和材料的磁化强度，材料的形状成正比：

?Hd=-NＭ?

这里N称退磁因子，式中的负号表示Ｈd与Ｍ的方向相反;当材料均匀磁化时，退磁因子仅和其形状有关。;如果材料不是均匀磁化，则退磁因子不仅和尺寸有关，还和材料的磁导率有关;3、磁致伸缩和磁弹性能;立方晶体的磁致伸缩系数的表达式：;当晶体的磁致伸缩是各向同性时，则λ100=λ111=λ0;多晶体与单晶体磁致伸缩系数的关系为;磁致伸缩和磁晶各向异性有相同的起源，即磁致伸缩系数是由电子的自旋和轨道磁矩的耦合作用引起的;σ是应力，θ是磁化方向和应力方向的夹角;当λs和σ符号相同，并θ=0o时，磁弹性能最小，应力的方向是易磁化方向。而θ=90o时，磁弹性能最大，在垂直应力的方向是难磁化方向。当λs和σ符号相反时，θ=0o时能量最大，沿应力的方向是难磁化方向；而θ=90o的方向磁弹性能最小，垂直应力的方向应是易磁化方向。;Kσ=(3/2)λsσ

称为应力各向异性常数