ms计算磁矩
二磁性体磁场正演解读
四、程序编写与图示结果
➢ 例子： ➢ 5）绘图
四、结果分析
➢ 1、球体磁场的一般分布规律（平面与剖面） ➢ 2、水平圆柱体磁场的一般分布规律（主剖面） ➢ 3、磁化强度与计算剖面对磁场特征的影响
五、实验报告
➢ 报告要有封面、要装订，同时要电子版 ➢ 报告内容要包括实验目的、实验内容、
实验原理、计算程序代码、实验结果、 结果分析或小结
三、实验原理
➢ 球体的磁场计算公式 ➢ 水平圆柱体的磁场计算公式 ➢ 有效磁化强度与有效磁化倾角计算公式
1、球体磁场计算公式：
Hax
H
ay
Za 4
0m
x2 y2 R2
2x2 y2 R2
cos
I
cos
A'
3Rx
sin
I
3xy
cos
I
sin
A'
5 2
•
2x2
y2
R2
cos
I
sinA'3RysinI
3xy
cos
I
cos
A'
2x2 y2 R2 sin I 3Rx cos I cos A' 3Ry cos I sin A'
T 0
4
m x2 y2 R2
5/2 [(2R2 x2 y2 ) sin2 I (2x2 y2 R2 ) cos2 I cos2 A
四、程序编写与图示结果
➢ 例子：2）定义磁性体参数
➢ % 球体参数 ➢ i=pi/4; %有效磁化倾角is ➢ a=pi/2; %剖面磁方位角 ➢ r=20; % 球体半径 m ➢ v=4*pi*R1^3 ➢ u=4*pi*10^(-7); %磁导率 ➢ M=0.7 %磁化强度 A/m ➢ m=M*v; %磁矩 ➢ R=30; % 球体埋深 m
(完整word版)MS 4.3磁性体系LDA+U计算设置
MS 4。
3磁性体系LDA＋U计算设置在最新发布的MS版本中增加了LDA＋U的计算，这是MS计算性能特别是CASTEP模块的一次巨大提高，终于解决了已久的d，f轨道带隙分裂问题，也不会再被审稿人轻视认为是简单DFT计算结果了.这里讲解一下MS.43里面element设置方面的问题,我们选择了Fe3O4体系，该体系是铁磁性的，计算该体系主要涉及到两个参数设置，一个是自旋设置（SPin parameters）,其次是Fe Hubbard参数设置。
首先介绍需要用到的菜单：打开MS之后看到主菜单，打开如下图所示的菜单:(点击此图，可放大观看)［本帖最后由 xbaprs 于 2008-6—23 13：24 编辑］附件MS4。
3 -1。
JPG (144。
69 KB）2008—6-23 13:23由于计算体系位Fe3O4，计算采用USPP完成，Fe的USPP价电子参数为3d64s2,O是2s22p4，结构中的磁性主要来自于Fe原子磁矩的定向排列，计算中自旋参数和Hubbard参数主要是针对Fe调整。
再建造好Fe3O4结构之后（注MS结构库中包含此结构），为一个面心立方晶格,一个惯用晶胞包含8个Fe3O4单位，因此整个结构有24个Fe原子，32个O。
计算可以采用FCC结构的初级晶胞结构，也可以采用惯用晶胞。
我们计算采用后者。
打开Modify－electronic configuration菜单，看到Spin和Hubbard U两个子菜单如图：SPin主要是自旋控制参数，由于再铁磁性结构中Fe自旋是高度极化的，因此这个地方设置为High spin state，即3d6结构为4个自旋平行同向电子.自旋方向不管是Up还是Down当然不会改变Fe原子自旋极化的性质,但会改变总的磁矩(自旋电子数目，这点会再CASTEP计算参数Spin设置中体现出来，可以尝试把部分Fe原子自旋改成High,SPin up，部分为High，Down，然后查看CASTEP计算控制面板的SPin数值)。
固体物理实验方法 磁学基础
3、轨道角动量冻结
在晶场中的3d过渡金属的磁性离子的原子磁矩仅等于电子自 旋磁矩，而电子的轨道磁矩没有贡献。此现象称为轨道角动量 冻结。 轨道角动量冻结的物理机制： 过渡金属的3d电子轨道暴露在外面，受晶场的控制。晶场的z 作用大于自旋-轨道到的作用。 晶场对电子轨道的作用是库仑相互作用，因而对电子自旋不 起作用。随着3d电子的轨道能级在晶场作用下劈裂，轨道角动 量消失。
-Qm
l
+Qm
单位： Wbm 但目前尚未发现磁单极子
r 磁极化强度矢量： J = limv→0 r ∑ν mJ v
单位： Wb
m2
磁单极子学说诺贝尔物理学奖获得者英国物理学家狄拉克于1931年由 提出以来，到现在一直受到实验观测和理论研究的重视。这是因为磁单极子 问题不仅涉及物质磁性的一种来源，电磁现象的对称性，而且还同宇宙极早 期演化理论及微观粒子结构理论等有关，故成为科学界关注的一个重要问题。 例如在实验观测方面，曾利用多种高能加速器进行许多实验，但都未能产生 出磁单极子；曾对地球古代大陆岩石和海洋底岩石、从天外降落到地球上的 各种陨石、从月球带回地球的月球岩石等进行观测也未观测到磁单极子及其 留下的特征径迹，曾利用高空气球和空间飞行器上的粒了探测器探测磁单极 子，在很多次探测中仅观测到一次的粒子径迹，经多方面分析研究，认为很 可能是磁单极子的径迹，但至今尚未得到重复证认；还曾多次在地面实验室 中利用高灵敏度和高磁屏蔽的超导量子干涉仪(SQUID)式磁强计进行磁单极 子的探测，进行了长达151天的日夜不停的磁单极子探测，仅有一次观测结 果经仔细分析研究，排除了多种干扰，认为是一次磁单极子事例，但是后来 虽然经过多次重复探测，并且改进和增大了测量装置，提高了测量灵敏度， 但是都未能再观测到磁单极子。总的说来，几十年来经过多方面和大量的关 于磁单极子的实验观测，虽然曾有过两次可能是磁单极子的观测事例，但都 尚未能得到重复的证实。
2019-铁磁性材料的自发磁化理论和磁畴结构-文档资料
2014年4月25日
汇报内容
●物理学基础 ●自发磁化理论 ●磁畴结构
2
1.物理学基础
1.1基本磁学量
磁矩μm 微观量，矢量，μm=iS，磁偶极子磁性的强弱和方向。
磁化强度M 宏观量，矢量，M=Σμm/ΔV。
磁场强度H 描述空间内任意一点的磁场参量。
磁感应强度B 与介质有关，B=μ0（H+M） 磁化率χ χ=M/H，表征材料磁化难易程度。
1.物理学基础
1.3磁性起源
●原子的总角动量和总磁矩：
是电子的轨道角动量（磁矩）和自旋角动量（磁矩）以矢量叠加方式 合成的。
μl
?
L-S耦合 Z<=32
μs PL=Σpli PS=Σpsi
μJ PJ=PL+PS
铁磁物质大多采用 此种方式！
Z>=82 j-j耦合
pj=pl+ps
PJ=Σpj
8
2.自发磁化理论
χ<0
抗磁性
χ>0
顺磁性
（无磁矩 ）
弱磁性
χ>0 反铁磁性
χ》1
铁磁性
χ》1 亚铁磁性
（有磁矩 ）
Tn Tc 强磁性
4
1.物理学基础
1.3磁性起源
物质的磁性来源于原子的磁性；
原子的磁性来源于原子中电子及原子核的磁矩；
原子核磁矩很小，在我们所考虑的问题中可以忽
略。 电子轨道运动产
生电子轨道磁矩
原子的
A i*rijriirj * jrj e ri2j e ri2e r2 j d1 d2
rij：电子i与j间的距离； ri(rj)：i(j)电子与自己核间的距离。
名词解释
⑶ 铁磁性：Fe，Co，Ni，Gd，Tb 等 ⑷ 反铁磁性：过度族的盐类化合物 ⑸ 亚铁磁性：铁氧体（如 TbFe2 ， PrFe2） 3. 磁畴的分类及观察方法 分类：⑴磁通开放式：单轴磁晶各向异性磁体（片形畴，波纹畴，棋盘畴，蜂窝畴） ⑵磁通封闭式：多轴磁晶各向异性磁体（树枝畴，匕首畴） ⑶磁通旋转式：磁晶各向异性常数 K≈0 观察方法：⒈粉纹法 ⒉磁光克尔效应法 ⒊磁力显微镜法 ⒋X 射线衍射法 ⒌电镜法 4. 畴壁的分类 第一种：根据畴壁两侧磁畴的自发磁化强度方向之间的关系可将畴壁划分为 180°畴壁 和 90°畴壁 第二种：根据畴壁中磁的国度方式可将畴壁划分为布洛赫壁和奈尔壁 180°畴壁： 畴壁两侧磁畴的自发磁化强度的方向成 180°， 这样两刺手的畴壁称为 180° 畴壁。 90°畴壁：畴壁两侧磁畴的自发磁化方向不为 180°，而是 90°，109°或 71°等一律 称为 90°畴壁。 布洛赫壁：在铁磁材料中，大块晶体材料内的畴壁属于布洛赫壁，在布洛赫壁中，磁矩 的过度方式是始终保持平行畴壁平面，因而在畴壁面上无自由磁极出现，这 样就保证了畴壁不会产生退磁场，也能保持畴壁能量为极小，但是在晶体的 上下表面却会出现磁极。 奈尔壁:在极薄的磁性薄膜中，存在一种不同于布洛赫壁的畴壁模型，在这种畴壁中，磁 矩围绕薄膜平面的法线改变方向，并且是平行于薄膜表面而逐渐过渡的。 5. 铁磁材料的基本特征： ⒈ 铁磁性物质内存在按磁畴分布的自发磁化 ⒉ 铁磁性物质的磁化率很强 ⒊ 铁磁性物质的磁化强度与磁化磁场强度间不是单值函数关系，显示磁滞现象具有剩 余磁化强度其磁化率是磁场强度的函数 ⒋ 铁磁性物质有一个磁性转变温度—居里温度，以 Tc 表示 ⒌ 铁磁性物质在磁化过程中，表现出磁晶各向异性，磁致伸缩和具有静磁能量现象 6．磁畴结构形成原因 铁磁体内有五种相互作用能:FH Fd Fex FK 根据热力学平衡原理， ，稳定的磁状态，其总自由能 必定极小，产生磁畴也就是 Ms 平衡分布要满足此条件的结果，若无 H 作用时，Ms 应分布 在由 Fd Fex FK，三者所决定的总自由能极小的方向，但由于铁磁体有一定的几何尺寸，Ms 的 一直均匀分布必将导致表面磁极的出现而产生 Hd ，从而使总能量增大，不再处于能量极小 的状态，因此必须降低 Fd ，故只有改变其 Ms 矢量分布方向，从而形成多磁畴，因此 Fd 最 小要求是形成磁畴的根本原因 6. 技术磁化 技术磁化阐述的是关于铁磁质在整个磁化过程中磁化行为的机理，即阐明了在 外磁场作用下，磁畴是通过何种机制逐渐趋向外磁场方向的。 技术磁化的过程可分为三个阶段：起始磁化阶段，急剧磁化阶段以及缓慢磁化并 趋于磁饱和阶段。 8．磁性起源
磁矩的计算
一 纯自旋磁矩 在多数情况下, 分子磁矩主要是由电子的自旋产生的, 纯的 自旋磁矩可根据总自旋量子数进行计算。 s＝g S(S + 1) 其中S为总自旋量子数, 等于未成对电子数的一半, g为朗德 因子。对于自由电子, g＝2.0023, 通常取g＝2, 于是上式变为: s＝ n ( n + 2) 式中n为未成对电子数。这个式子表明, 如果忽略轨道角动 量对磁矩的贡献, 可由磁矩直接计算出某种离子的未成对电子 数。 按这个公式算出来的磁矩, 在少数情况下与实验值不一致, 这正是由于忽略了未成对电子的轨道运动对磁矩的贡献之故。
(1)单分子亲核取代机理 SNI 单分子亲核取代机理(SNI)也称为离解机理, 或D机理。 MLn MLn－1＋L (慢) MLn－1＋Y MLn－1Y (快) 离解机理的特点：首先是旧键断裂, 腾出配位空位, 然 后Y占据空位, 形成新键。 其中, 决定速率的步骤是离解, 即M－L键的断裂, 总 反应速率只取决于MLn的浓度, 与配体Y的浓度无关, 因此, 此类反应为一级反应, υ＝k[MLn] 其中，k为反应的速率常数。
二 轨道磁性对磁矩的贡献
如果加上轨道磁性对磁矩的贡献,则磁矩的计算公式变为：
S＋L＝ 4S(S + 1) + L(L + 1)
按照这个公式计算出来的磁矩在大多数情况下也与实验值 , 不一致。表明在多数情况下, 轨道角动量对分子磁矩的贡献很小 或没有贡献。
取决 于外磁场改变时电子能否自旋平行地在不同轨道之间 再分配。这种分配必须在对称性相同的能级之间进行。 再分配。
应当指出, 实际反应进行时, 通常并非仅按上述两种极端情况 发生, 在大多数的取代反应中, 进入配体的结合与离去配体的解离 几乎是同时进行的, 因此在现代的文献中又提出了第三种机理。 (3)交换机理或I机理
磁学中的磁矩计算
磁学中的磁矩计算在磁学领域，磁矩是一个至关重要的概念，它对于理解物质的磁性行为起着关键作用。
磁矩的计算不仅在理论研究中具有重要意义，在实际应用中也有着广泛的用途，比如在电磁设备的设计、磁性材料的研究等方面。
要理解磁矩的计算，首先得明确磁矩的定义。
磁矩可以简单地理解为描述磁体磁性强弱和方向的物理量。
就好像一个力有大小和方向一样，磁矩也有其大小和方向。
在微观层面，原子中的电子绕核运动以及电子自身的自旋都会产生磁矩。
对于单个电子来说，其轨道磁矩和自旋磁矩是磁矩的两个重要组成部分。
轨道磁矩的大小与电子绕核运动的轨道半径、角动量等因素有关。
而自旋磁矩则是电子固有的一种磁性属性。
在计算单个电子的磁矩时，我们可以使用一些量子力学的公式和原理。
例如，对于电子的轨道磁矩，其大小可以表示为μl ＝（e/2m)L ，其中 e 是电子电荷，m 是电子质量，L 是电子的轨道角动量。
而电子的自旋磁矩大小为μs ＝ ge(e/2m)S ，这里的 g 是一个称为朗德 g 因子的常数，S 是电子的自旋角动量。
当我们考虑多个电子组成的原子时，情况就变得稍微复杂一些。
由于电子之间存在相互作用和排布规则，总的原子磁矩并不是各个电子磁矩的简单相加。
在原子中，电子按照一定的规则填充不同的能级和轨道。
根据洪德法则，在基态时，电子会尽可能以自旋平行的方式排布，以使得原子的总磁矩最大。
对于一些常见的磁性物质，比如铁磁性材料，其磁性来源于大量原子磁矩的协同作用。
在铁磁性材料中，相邻原子的磁矩会相互影响，形成磁畴。
磁畴内的原子磁矩方向基本一致，从而表现出宏观的强磁性。
在计算宏观物体的磁矩时，通常需要考虑物体的形状、磁化状态等因素。
对于一个均匀磁化的圆柱体，其磁矩可以通过磁化强度 M 与圆柱体的体积 V 的乘积来计算，即磁矩μ ＝ M × V 。
如果是一个环形电流，其磁矩可以表示为μ ＝ I × A ，其中 I 是电流强度，A 是电流所围成的面积。
磁铁磁矩计算公式
磁铁磁矩计算公式
1. 磁矩的基本概念。
- 磁矩是磁铁磁性大小的一种物理量表示。
对于一个载流线圈，磁矩μ = NIS，其中N是线圈匝数，I是电流强度，S是线圈面积，磁矩的方向由右手螺旋定则确定（四指指向电流方向，大拇指为磁矩方向）。
- 在磁铁中，磁矩可以看作是由许多微观的磁偶极子组成的宏观表现。
2. 条形磁铁磁矩的近似计算（基于磁荷观点）
- 假设条形磁铁的两极有磁荷+q_m和-q_m，两极之间的距离为l，则磁矩μ = q_ml。
这里的磁荷是一种类比于电荷的概念，在实际的微观物理中并不存在真正意义上的磁荷，但这种模型在某些情况下可以方便地对磁铁的磁性进行计算和分析。
3. 基于安培分子环流假说的磁矩计算（微观角度）
- 根据安培分子环流假说，物质的磁性来源于分子电流。
对于一个磁性物质中的小单元（可以看作是小的磁矩单元），如果分子电流为I_m，小单元的面积为
S_m，则这个小单元的磁矩μ_m = I_mS_m。
对于一块磁铁，其总的磁矩就是这些微观磁矩的矢量和。
不过在实际计算中，由于微观结构的复杂性，这种计算往往非常困难，更多的是从宏观的等效磁荷或者通过测量来确定磁矩。
需要注意的是，在高中人教版教材中并没有直接给出磁铁磁矩的计算公式，以上内容是基于物理概念的拓展，在大学物理相关知识中有更深入的讲解。
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ms计算磁矩
磁矩是描述物体磁性强弱的物理量，通常用矢量表示。
在计算磁矩时，我们常常使用国际单位制中的安培-米平方（A·m²）或亚培-米平方（Am²）作为单位。
磁矩的计算与物体的形状和磁性有关。
对于一个具有一定形状的物体，其磁矩可以通过计算物体中每个微小磁矢量的磁矩，再将它们相加得到。
我们首先来看一个简单的例子，假设有一根长为L、截面积为A的长直螺线管，其线圈匝数为N，通以电流I。
根据安培环路定理，我们可以得到该螺线管的磁矩公式为：
m = NIA
其中，m表示螺线管的磁矩，N为线圈匝数，I为电流强度，A为螺线管的截面积。
当物体的形状复杂或不规则时，我们可以通过将物体分解为许多微小区域，并计算每个微小区域的磁矩，再将它们相加来计算整个物体的磁矩。
举个例子，假设有一个磁性材料的长方体，其长、宽、高分别为L、W、H。
我们可以将长方体分解为许多微小的立方体，然后计算每
个立方体的磁矩，最后将它们相加得到整个长方体的磁矩。
对于一个立方体微元，其体积为dV，磁矩可以表示为：
dm = μdV
其中，μ为材料的磁导率。
根据物体的形状和磁性，我们可以将磁矩表示为不同形式，比如用磁化强度矢量M表示。
在实际应用中，我们还常常遇到计算电子磁矩的情况。
根据量子力学的原子物理理论，电子具有自旋磁矩和轨道磁矩。
自旋磁矩是由于电子的自旋运动产生的，它与电子的自旋角动量有关。
轨道磁矩则是由于电子在原子核周围做轨道运动产生的，它与电子的轨道角动量有关。
对于自旋磁矩，根据自旋角动量的量子化，我们可以得到其磁矩的表达式为：
μs = -g(2μB/ħ)S
其中，g为自旋的朗德因子，μB为玻尔磁子，ħ为约化普朗克常数，S为自旋角动量。
对于轨道磁矩，根据轨道角动量的量子化，我们可以得到其磁矩的表达式为：
μl = -g(2μB/ħ)L
其中，g为轨道的朗德因子，μB为玻尔磁子，ħ为约化普朗克常数，L为轨道角动量。
总的电子磁矩可以表示为自旋磁矩和轨道磁矩的矢量和：
μ = μs + μl
需要注意的是，这里的磁矩是指电子的磁矩，而不是整个原子或物体的磁矩。
除了上述的例子，还有许多不同形状和磁性的物体的磁矩计算方法。
在实际应用中，我们可能需要考虑更复杂的物理模型和计算方法。
总结起来，磁矩的计算是根据物体的形状和磁性来确定的。
对于简单的形状，我们可以使用简单的公式进行计算；对于复杂的形状，我们可以将物体分解为许多微小区域，并计算每个微小区域的磁矩，再将它们相加得到整个物体的磁矩。
电子的磁矩计算则需要考虑自旋磁矩和轨道磁矩的贡献。
在实际应用中，我们可能需要根据具体情况选择适当的计算方法和模型。
通过准确计算磁矩，我们可以更好地理解和应用磁性物体的性质。