CH11原子磁性解讀課件

三.本章內容§1-1磁性的微觀起源§1-2抗磁性§1-3順磁性§1-4鐵磁性§1-5*反鐵磁§1-6自旋波§1-7*磁阻錯(自旋玻璃.自旋液體.自旋冰)§1-8磁電阻(磁電耦合一)-自旋電子學-07NoblePrize§1-9Halleffects(磁電耦合二) -量子、分數量子、拓撲絕緣體序-現象文-起源知其所以然!fluctuation三.本章內容§1-1磁性的微觀起源序-文-知其所以一、什么是固體的磁性1.物質的磁性

—四種基本物理現象

指南針

-司南

(戰(zhàn)國)鐵制品-可磁化磁鐵不銹鋼-不可磁化PlasticWood-非磁性Why?

物質有磁性或沒有磁性?How?描述物質磁性?Fe3O4鐵磁順磁反鐵磁抗磁一、什么是固體的磁性1.物質的磁性指南

三個基本物理量:M:固體自身磁性質B:外磁場:固體對外場的響應

描述固體宏觀磁性質的基礎M.B:基本物理量:導出量三個基本物理量:M:固體自身磁微觀物理圖像I?微觀物理圖像I?§1－1固體磁性的微觀起源

－原子的磁矩一.宏觀固體磁性起源磁化強度:原子磁矩電子磁矩

核磁矩§1－1固體磁性的微觀起源一.宏觀固體磁性起源磁化強度:

二.電子的磁矩

磁性的本質是量子行為◆

表現形式之一:

～角動量電子的角動量自旋角動量軌道角動量電子總磁矩:

◆

表現形式之二:角動量量子化A.單電子原子磁矩與角動量關聯的提出歷史？二.電子的磁矩磁性的本質是量子行為◆表現形式之一:原子中的實際電子分布-多電子系統(tǒng)原子中的實際電子分布-多電子系統(tǒng)1.1原子的電子結構原子的經典玻爾模型：Z個電子圍繞原子核做園周或橢圓運動,核外電子結構用四個量子數表征：n.l.m.s(多電子體系)

n:電子軌道大小由主量子數n決定

n=1,2,3,4,………的軌道群又稱為K,L,M,N,…….的電子殼層l

:軌道的形狀由角動量

l

決定

l=0,1,2,3,……..n-1（下頁）

又稱為s,p,d,f,g,……..電子m:

當施加一個磁場在一個原子上時，角動量與磁場方向

的取向也是量子化的，l分量由磁量子數m決定

m=l,l-1,l-2,……0,…..-(l-1),-l

S:

電子自旋量子數由s決定●KLMZe1.1原子的電子結構原子的經典玻爾模型：Z個電子圍繞原子核軌道：S電子軌道l=1：p電子ml=+1,0,-1軌道：S電子軌道l=1：p電子n,l,m表征的一個電子軌道上如果有兩個電子，雖然它們的自旋是相反的，但靜電的庫侖排斥勢,仍然使系統(tǒng)能量提高。因而一個軌道傾向只有一個電子占據。泡利不相容原理：

同一個量子數n，l，m，s

表征的量子狀態(tài)只能有一個電子占據。庫侖相互作用:原子的電子結構—占據殼層的規(guī)律—多個電子如何定n,l,m,s?n,l,m表征的一個電子軌道上如果有兩個電子，雖然它們的自B.多電子原子總磁矩J與總角動量J關系:Shell大，電子間距離遠，庫倫作用小B.多電子原子總磁矩J與總角動量J關系:Shell大，推導在下頁推導在下頁推導：推導：Hundrule:原子或離子基態(tài)不違反泡利原理條件下,自旋角動量S的和 取允許的最大值(2)在同樣條件下,軌道角動量L的和 取允許的最大值(3)在確定S和L之后,依照原子物理學,原子的總角動量量子數J

可以取下列值:J=︱L-S︳,︱L-S︳+1,···,L+S.

實際：當支殼層不到半滿時,取J=︱L-S︳;而當殼層半滿或超過半滿時,J取L+S量子力學證明:<固體物理學>Page271胡安章維益Hundrule:原子或離子基態(tài)不違反泡利原理條件下CH11原子磁性解讀課件洪德法則的起源：(1)未滿殼層的電子自旋si排列：電子由于庫侖排斥而傾向于取不同軌道，而原子內的自旋-自旋間的相互作用使自旋平行排列，從而總自旋S取最大值。

(泡利不相容原理)(2)每個電子的軌道矢量li的排列：電子傾向于同樣的方向繞核旋轉,以避免靠近而增加庫侖排斥能，使

總的軌道角動量L取最大值.(3)由于L和S間的耦合，

電子數n小于半滿時J=L-S，

電子數n大于半滿時J=L+S。

(洪德法則一般的描述只有(1)和(2)項)類比：行星的自轉（自旋）與公轉（軌道）洪德法則的起源：(1)未滿殼層的電子自旋siCH11原子磁性解讀課件原子基態(tài)用角動量標記方式:

例1:原子基態(tài)用角動量標記方式:例1:CH11原子磁性解讀課件稀土:鑭系理論值與實驗結果的比較稀土:鑭系理論值與實驗結果的比較固體的磁性的基本特征不同固體的磁性原子磁矩:?電子》核自旋+軌道J固體的磁性的基本特征不同固體的磁性原子磁矩:?電子自旋J作業(yè)分別求Cu,Cu+2,Cu+3原子和離子的基態(tài)、p值以及磁矩分別求Fe,Fe+2,Fe+3原子和離子的基態(tài)、p值以及磁矩分別求Fe,Co,Ni原子的基態(tài)、p值及磁矩作業(yè)分別求Cu,Cu+2,Cu+3原子和離子的基態(tài)、p值以及三.本章內容§1-1磁性的微觀起源§1-2抗磁性§1-3順磁性§1-4鐵磁性§1-5*反鐵磁§1-6自旋波§1-7*磁阻錯(自旋玻璃.自旋液體.自旋冰)§1-8磁電阻(磁電耦合一)-自旋電子學-07NoblePrize§1-9Halleffects(磁電耦合二) -量子、分數量子、拓撲絕緣體序-現象文-起源知其所以然!fluctuation三.本章內容§1-1磁性的微觀起源序-文-知其所以一、什么是固體的磁性1.物質的磁性

—四種基本物理現象

指南針

-司南

(戰(zhàn)國)鐵制品-可磁化磁鐵不銹鋼-不可磁化PlasticWood-非磁性Why?

物質有磁性或沒有磁性?How?描述物質磁性?Fe3O4鐵磁順磁反鐵磁抗磁一、什么是固體的磁性1.物質的磁性指南

三個基本物理量:M:固體自身磁性質B:外磁場:固體對外場的響應

描述固體宏觀磁性質的基礎M.B:基本物理量:導出量三個基本物理量:M:固體自身磁微觀物理圖像I?微觀物理圖像I?§1－1固體磁性的微觀起源

－原子的磁矩一.宏觀固體磁性起源磁化強度:原子磁矩電子磁矩

核磁矩§1－1固體磁性的微觀起源一.宏觀固體磁性起源磁化強度:

二.電子的磁矩

磁性的本質是量子行為◆

表現形式之一:

～角動量電子的角動量自旋角動量軌道角動量電子總磁矩:

◆

表現形式之二:角動量量子化A.單電子原子磁矩與角動量關聯的提出歷史？二.電子的磁矩磁性的本質是量子行為◆表現形式之一:原子中的實際電子分布-多電子系統(tǒng)原子中的實際電子分布-多電子系統(tǒng)1.1原子的電子結構原子的經典玻爾模型：Z個電子圍繞原子核做園周或橢圓運動,核外電子結構用四個量子數表征：n.l.m.s(多電子體系)

n:電子軌道大小由主量子數n決定

n=1,2,3,4,………的軌道群又稱為K,L,M,N,…….的電子殼層l

:軌道的形狀由角動量

l

決定

l=0,1,2,3,……..n-1（下頁）

又稱為s,p,d,f,g,……..電子m:

當施加一個磁場在一個原子上時，角動量與磁場方向

的取向也是量子化的，l分量由磁量子數m決定

m=l,l-1,l-2,……0,…..-(l-1),-l

S:

電子自旋量子數由s決定●KLMZe1.1原子的電子結構原子的經典玻爾模型：Z個電子圍繞原子核軌道：S電子軌道l=1：p電子ml=+1,0,-1軌道：S電子軌道l=1：p電子n,l,m表征的一個電子軌道上如果有兩個電子，雖然它們的自旋是相反的，但靜電的庫侖排斥勢,仍然使系統(tǒng)能量提高。因而一個軌道傾向只有一個電子占據。泡利不相容原理：

同一個量子數n，l，m，s

表征的量子狀態(tài)只能有一個電子占據。庫侖相互作用:原子的電子結構—占據殼層的規(guī)律—多個電子如何定n,l,m,s?n,l,m表征的一個電子軌道上如果有兩個電子，雖然它們的自B.多電子原子總磁矩J與總角動量J關系:Shell大，電子間距離遠，庫倫作用小B.多電子原子總磁矩J與總角動量J關系:Shell大，推導在下頁推導在下頁推導：推導：Hundrule:原子或離子基態(tài)不違反泡利原理條件下,自旋角動量S的和 取允許的最大值(2)在同樣條件下,軌道角動量L的和 取允許的最大值(3)在確定S和L之后,依照原子物理學,原子的總角動量量子數J

可以取下列值:J=︱L-S︳,︱L-S︳+1,···,L+S.

實際：當支殼層不到半滿時,取J=︱L-S︳;而當殼層半滿或超過半滿時,J取L+S量子力學證明:<固體物理學>Page271胡安章維益Hundrule:原子或離子基態(tài)不違反泡利原理條件下CH11原子磁性解讀課件洪德法則的起源：(1)未滿殼層的電子自旋si排列：電子由于庫侖排斥而傾向于取不同軌道，而原子內的自旋-自旋間的相互作用使自旋平行排列，從而總自旋S取最大值。

(泡利不相容原理)(2)每個電子的軌道矢量li的排列：電子傾向于同樣的