原子磁性解读课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,三,.,本章内容,1-1,磁性的微观起源,1-2,抗磁性,1-3,顺磁性,1-4,铁磁性,1-5,*反铁磁,1-6,自旋波,1-7 *,磁阻错,(,自旋玻璃,.,自旋液体,.,自旋冰,),1-8,磁电阻,(,磁电耦合一,),-,自旋电子学,-,07Noble Prize,1-9,Hall effects (,磁电耦合二,),-,量子、分数量子、拓扑绝缘体,序,-,现象,文,-,起源,知其所以然,!,fluctuation,一、什么是固体的磁性,1.,物质的磁性,四种基本,物理现象,指南针,-,司南,(,战国,),铁制品,-,可磁化,磁,铁,不锈钢,-,不可磁化,Plastic,Wood,-,非磁性,Why?,物质有磁性 或没有磁性,?,How?,描述物质磁性,?,Fe,3,O,4,铁磁,顺磁,反铁磁,抗磁,三个基本物理量,:,M:,固体自身磁性质,B:,外磁场,:,固体对外场的响应,描述固体宏观磁性质的基础,M. B :,基本物理量,:,导出量,微观物理图像,I,?,1,1,固体磁性的微观起源,原子的磁矩,一,.,宏观固体磁性起源,磁化强度,:,原子磁矩,电子磁矩,核磁矩,二,.,电子的磁矩,磁性的本质是量子行为,表现形式之一,:,角动量,电子的角动量,自旋角动量,轨道角动量,电子总磁矩,:,表现形式之二,:,角动量量子化,A.,单电子原子,磁矩与角动量关联的提出历史？,原子中的实际电子分布,-,多电子系统,1.1,原子的电子结构,原子的经典,玻尔模型,：,Z,个电子围绕原子核做园周或椭圆运动,核外电子结构用四个量子数表征：,n.,l,.,m.s (,多电子体系,),n,:,电子轨道大小由,主量子数,n,决定,n=1, 2, 3, 4,的轨道群,又称为,K, L, M, N,.,的电子壳层,l,:,轨道的形状由,角动量,l,决定,l,=0, 1, 2, 3,.n-1,（下页）,又称为,s, p, d, f, g,.,电子,m,:,当施加一个磁场在一个原子上时，角动量与磁场方向,的取向也是量子化的，,l,分量由,磁量子数,m,决定,m=,l,l,-1,l,-2,0,.-(,l,-1), -,l,S:,电子,自旋量子数由,s,决定,K,L,M,Z,e,轨道：,S,电子,轨道,l,=1,：,p,电子,m,l,=+1,0,-1,n,l,m,表征的一个电子轨道上如果有两个电子，虽然它们的自旋是相反的，但静电的库仑排斥势,仍然使系统 能量提高。因而 一个轨道倾向只有一个电子占据。,泡利不相容原理,：,同一个量子数,n,，,l,，,m,，,s,表征的量子状态,只能有一个电子占据。,库仑相互作用,:,原子的电子结构,占据壳层的规律,多个电子如何定,n, l, m, s?,B.,多电子原子,总磁矩,J,与,总角动量,J,关系,:,Shell,大，电子间距离远，库伦作用小,推导在下页,推导：,Hund rule:,原子或离子基态,不违反泡利原理条件下,自旋角动量,S,的和,取允许的最大值,(2),在同样条件下,轨道角动量,L,的和,取允许的最大值,(3),在确定,S,和,L,之后,依照原子物理学,原子的总角动量量子数,J,可以取下列值,: J=L-S , L-S +1, , L+S.,实际,：当支壳层不到半满时,取,J,=L-S ;,而当壳层半满或超过半满时,J,取,L+S,量子力学证明,: Page 271,胡安 章维益,洪德法则的起源：,(1),未满壳层的电子自旋,s,i,排列：,电子由于库仑排斥而,倾向于取不同轨道，而原子内的自旋,-,自旋间的相,互作用使自旋平行排列，,从而,总自旋,S,取最大值,。,(,泡利不相容原理,),(2),每个电子的轨道矢量,l,i,的排列：,电子倾向于同样的,方向绕核旋转,以避免靠近而增加库仑排斥能,，使,总的轨道角动量,L,取 最大值,.,(3),由于,L,和,S,间的耦合，,电子数,n,小于半满时,J,=L-S,，,电子数,n,大于半满时,J,=L+S,。,(,洪德法则一般的描述只有,(1),和,(2),项,),类比：,行星的自转（,自旋,）,与公转（,轨道,）,原子基态用角动量标记方式,:,例,1:,稀土,:,镧系,理论值与实验结果的比较,固体的磁性的基本特征,不同固体的磁性,原子磁矩,:,?,电子,核,自旋,+,轨道,J,作业,分别求,Cu,Cu,+2,Cu,+3,原子和离子的基态、,p,值以及磁矩,分别求,Fe,Fe,+2,Fe,+3,原子和离子的基态、,p,值以及磁矩,分别求,Fe,Co,Ni,原子的基态、,p,值及磁矩,