磁性物理學(xué)課程簡(jiǎn)介課件

什么是磁性？物質(zhì)在非均勻磁場(chǎng)中受到作用。磁性是物質(zhì)的基本屬性之一。磁性的應(yīng)用，特別在近一百多年中，已經(jīng)深入到人類生活、生產(chǎn)等各個(gè)方面。在科學(xué)研究中，磁性不僅作為內(nèi)容，也作為手段。自旋電子學(xué)是二十一世紀(jì)初最為科技界關(guān)注和最有前途的研究方向之一。磁性物理課主要介紹凝聚態(tài)物質(zhì)各種磁性的形成機(jī)理及宏觀表現(xiàn)，磁有序的各種理論，外磁場(chǎng)作用下磁性物質(zhì)內(nèi)部的相互作用過程以及磁性應(yīng)用的相關(guān)問題。該課程為本科生應(yīng)用物理專業(yè)固體物理課之后的選修專業(yè)課，授課52學(xué)時(shí)，計(jì)3個(gè)學(xué)分?！洞判晕锢韺W(xué)》課程簡(jiǎn)介

幾乎遍及人類生產(chǎn)、生活的各個(gè)領(lǐng)域。磁性的應(yīng)用揚(yáng)聲器；小型電機(jī)；磁帶；磁頭；磁密封圈；天線；偏轉(zhuǎn)磁芯等。見章綜書P154磁性在家用電器中的應(yīng)用宇航員頭盔的密封是納米磁性材料的

最早重要應(yīng)用之一----磁性液體磁冰箱原型機(jī)

磁冰箱很可能在某一天取代您廚房中的傳統(tǒng)電冰箱

June23,2004沒有磁的應(yīng)用，現(xiàn)代文明是不可想像的。了解物質(zhì)磁性，已經(jīng)成為我們從事現(xiàn)代生產(chǎn)，熟悉現(xiàn)代生活的必要準(zhǔn)備，更是我們可以選擇的研究方向。

ModernMagneticMaterials:PrinciplesandApplications

O’Handley2000年在他的書中寫道：美國來自硅谷的磁性元件產(chǎn)值，已經(jīng)大于在那里制造的半導(dǎo)體元件產(chǎn)值，這是磁性元件在信息工業(yè)中地位迅速提高的最好說明。20世紀(jì)80－90年代是磁性材料發(fā)展史上輝煌的一頁：(3d-4f)稀土磁性材料；非晶，納米晶磁性材料；磁電子材料等橫空出世，開創(chuàng)了磁性材料新紀(jì)元。

1984年NdFeB稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)Sagawa(佐川)1984年德國的H.Gleiter教授等合成了納米晶體Pd,Fe等。

1988年由非晶態(tài)FeSiB退火通過摻雜Cu和Nb控制晶粒成為新型的納米晶軟磁材料1986年Grunberg發(fā)現(xiàn)Fe/Cr/Fe三明治結(jié)構(gòu)中Cr適當(dāng)厚度產(chǎn)生反鐵磁耦合。

1988年

Baibich、Fert等發(fā)現(xiàn)(Fe/Cr)多層膜的巨磁電阻效應(yīng)。1994年Jin等在LaCaMnO3中發(fā)現(xiàn)了龐磁電阻（CMR）效應(yīng)。1995年T.Miyazaki發(fā)現(xiàn)隧道磁電阻（TMR）效應(yīng)

1993年理論表明納米級(jí)的軟磁和硬磁顆粒復(fù)合將綜合軟磁Ms高，硬磁Hc高的優(yōu)點(diǎn)獲得磁能級(jí)比現(xiàn)有最好NdFeB高一倍的新型納米硬磁材料。20世紀(jì)80～90年代磁學(xué)的重大發(fā)展

納米軟磁以最小的損耗實(shí)現(xiàn)高磁通量的轉(zhuǎn)換，大大節(jié)約了能源。NdFeB永磁材料比傳統(tǒng)的AlNiCo永磁材料存儲(chǔ)能量提高20倍以上，使用該材料制成的器件重量只有用傳統(tǒng)材料同樣功率器件的二十分之一。磁記錄密度的提高，磁頭靈敏度的提高，大大減小了磁硬盤的體積，直接推動(dòng)了計(jì)算機(jī)體積的減小，計(jì)算速度的提高以及容量的加大。磁性材料的進(jìn)步對(duì)社會(huì)生產(chǎn)的巨大推動(dòng)第一，二代稀土永磁(1967—1975)第三代稀土永磁(1984)第一代SmCo5(60年代）；第二代Sm2Co17(70年代）；第三代Nd2Fe14B(80年代）；第四代稀土永磁？

IBM91年研發(fā)，94年推出AMR讀出頭。在1998年推出采用自旋閥結(jié)構(gòu)的GMR讀出頭，輕易突破10Gbits/in2。

日立宣布將采用CPP-GMR技術(shù)在2010年實(shí)現(xiàn)1Tbits/in2。硬盤讀出頭的發(fā)展

電子時(shí)代的瓶頸尺度限制：原子極限？量子漲落：測(cè)不準(zhǔn)原理。解決途徑：利用電子的自旋屬性

自旋電子學(xué)，其目標(biāo)是利用電子的自旋屬性，而不僅是電荷屬性，帶來電子技術(shù)領(lǐng)域的革命。

先決條件自旋極化：自旋相關(guān)散射：

自旋馳豫：達(dá)到微米級(jí)。作為對(duì)比，動(dòng)量馳豫是納米級(jí)。CoNi80Fe20Fe↑(nm)↓(nm)自旋電子學(xué)時(shí)代各種磁效應(yīng)示意圖（李書p6)磁性關(guān)聯(lián)的眾多邊緣學(xué)科§1磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)（6學(xué)時(shí)）§2抗磁性和順磁性（6～8學(xué)時(shí)）§3自發(fā)磁化理論（12～16學(xué)時(shí)）§4磁疇結(jié)構(gòu)（6～8學(xué)時(shí)）§5技術(shù)磁化理論（8～12學(xué)時(shí)）§6磁學(xué)專題（～8學(xué)時(shí)）磁性物理教學(xué)計(jì)劃在講授具體知識(shí)的同時(shí)，更加注意介紹磁性物理的研究方法，特別是成功先驅(qū)者的思路。和基礎(chǔ)課相比，很多理論尚不夠成熟，要以批判的態(tài)度接受，特別要注意每種理論的基本假定、適用范圍和與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較情況，發(fā)現(xiàn)存在問題，培育創(chuàng)新意識(shí)?！赌蹜B(tài)磁性物理》是我們主要參考教材，課件依據(jù)課程要求和聽課同學(xué)的基礎(chǔ)，做了內(nèi)容上的選擇和調(diào)整，但只是提綱，聽課并閱讀教材相關(guān)章節(jié)才能深入學(xué)好本課程。獨(dú)立完成課堂作業(yè)，寫好讀書報(bào)告是加深理解的重要步驟。平時(shí)考察會(huì)在學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定上占有重要地位。

教學(xué)特點(diǎn)所謂“巨磁電阻”效應(yīng)，是指磁性材料的電阻率在有外磁場(chǎng)作用時(shí)較之無外磁場(chǎng)作用時(shí)存在巨大變化的現(xiàn)象。根據(jù)這一效應(yīng)開發(fā)的小型大容量計(jì)算機(jī)硬盤已得到廣泛應(yīng)用。新聞：

瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)今天宣布，將2007年度諾貝爾物理獎(jiǎng)授予法國科學(xué)家艾爾伯-費(fèi)爾和德國科學(xué)家皮特-克魯伯格，以表彰他們發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)的貢獻(xiàn)。（2007.10.9）這是對(duì)巨磁電阻發(fā)現(xiàn)及其近20年來得到了廣泛應(yīng)用的充分肯定。M.Baibich,J.Broto,A.Fert….等9人:Phys.Rev.Letter61,2472(1988)GrunbergPhys.Rev.Letter57,2442(1986)艾爾伯-費(fèi)爾1938年3月7日出生于法國的卡爾卡松，已婚并有兩個(gè)孩子。1962年，費(fèi)爾在巴黎高等師范學(xué)院獲數(shù)學(xué)和物理碩士學(xué)位。1970年，費(fèi)爾從巴黎第十一大學(xué)獲物理學(xué)博士學(xué)位。2004年當(dāng)選法國科學(xué)院院士。

艾爾伯-費(fèi)爾目前為巴黎第十一大學(xué)物理學(xué)教授。費(fèi)爾從1970年到1995年一直在巴黎第十一大學(xué)固體物理實(shí)驗(yàn)室工作。后任研究小組組長。1995年至今則擔(dān)任國家科學(xué)研究中心-Thales集團(tuán)聯(lián)合物理小組科學(xué)主管。1988年，費(fèi)爾發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)，同時(shí)他對(duì)自旋電子學(xué)作出過許多貢獻(xiàn)。費(fèi)爾在獲得諾貝爾獎(jiǎng)之前已經(jīng)取得多種獎(jiǎng)項(xiàng)，包括1994年獲美國物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的新材料國際獎(jiǎng)，1997年獲歐洲物理協(xié)會(huì)頒發(fā)的歐洲物理學(xué)大獎(jiǎng)，以及2003年獲法國國家科學(xué)研究中心金獎(jiǎng)。(關(guān)新)德國科學(xué)家皮特-克魯伯格1939年5月18日出生。從1959年到1963年，克魯伯格在法蘭克福約翰-沃爾夫?qū)?歌德大學(xué)學(xué)習(xí)物理，1962年獲得中級(jí)文憑，1969年在達(dá)姆施塔特技術(shù)大學(xué)獲得博士學(xué)位。1988年，克魯伯格在尤利西研究中心研究并發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)；1992年被任命為科隆大學(xué)兼任教授；2004年在研究中心工作32年后退休，但仍在繼續(xù)工作?？唆敳裨趯W(xué)術(shù)方面獲獎(jiǎng)?lì)H豐，包括1994年獲美國物理學(xué)會(huì)頒發(fā)的新材料國際獎(jiǎng)(與艾爾伯-費(fèi)爾、帕克林共同獲得)；1998年獲由德國總統(tǒng)頒發(fā)的德國未來獎(jiǎng)；2007年獲沃爾夫基金獎(jiǎng)物理獎(jiǎng)(與艾爾伯-費(fèi)爾共同獲得)。(關(guān)新)伴隨著信息數(shù)字化的大潮，人們開始尋求不斷縮小硬盤體積同時(shí)提高硬盤容量的技術(shù)。1988年，費(fèi)爾和格林貝格爾各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了“巨磁電阻”效應(yīng)，也就是說，非常弱小的磁性變化就能導(dǎo)致巨大電阻變化的特殊效應(yīng)。

這一發(fā)現(xiàn)解決了制造大容量小硬盤最棘手的問題：當(dāng)硬盤體積不斷變小，容量卻不斷變大時(shí)，勢(shì)必要求磁盤上每一個(gè)被劃分出來的獨(dú)立區(qū)域越來越小，這些區(qū)域所記錄的磁信號(hào)也就越來越弱。借助“巨磁電阻”效應(yīng)，人們才得以制造出更加靈敏的數(shù)據(jù)讀出頭，使越來越弱的磁信號(hào)依然能夠被清晰讀出，并且轉(zhuǎn)換成清晰的電流變化。

1997年，第一個(gè)基于“巨磁電阻”效應(yīng)的數(shù)據(jù)讀出頭問世，并很快引發(fā)了硬盤的“大容量、小型化”革命。如今，筆記本電腦、音樂播放器等各類數(shù)碼電子產(chǎn)品中所裝備的硬盤，基本上都應(yīng)用了“巨磁電阻”效應(yīng)，這一技術(shù)已然成為新的標(biāo)準(zhǔn)。

瑞典皇家科學(xué)院的公報(bào)介紹說，另外一項(xiàng)發(fā)明于上世紀(jì)70年代的技術(shù)，即制造不同材料的超薄層的技術(shù)，使得人們有望制造出只有幾個(gè)原子厚度的薄層結(jié)構(gòu)。由于數(shù)據(jù)讀出頭是由多層不同材料薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，因而只要在“巨磁電阻”效應(yīng)依然起作用的尺度范圍內(nèi)，科學(xué)家未來將能夠進(jìn)一步縮小硬盤體積，提高硬盤容量。CCTV.com

2007年10月09日21: