磁性原子的概念
原子的磁性及物质的顺磁性
P S S S 1
在外场方向分量：
P s H
m
s
2
（自旋磁量子数：
1
m
s
) 2
自旋磁矩与自旋角动量
的关系为：
μ
s
H
＝－
e m Ps H
方向相反
μs
e m
P
＝－
s
sP s
其中： s me ,为自旋磁力比:， s 且 2l s的绝对值：
s
SS1 e 2
m
SS1B
SmS
晶体中的晶体场效应 a、晶体场对磁性离子轨道的直接作用
引起能级分裂使简并度部分或完全解除，导致 轨
道角动量的取向处于被冻结状态。 b、晶体场对磁性离子自旋角动量的间接作用。
通过轨道与自旋耦合来实现。常温下，晶体中 自
旋是自由的，但轨道运动受晶体场控制，由于 自
旋－轨道耦合和晶体场作用的联合效应，导致 单
L= ∑ml III. 次壳层未半满时，
J=|L-S|；
IV.
次壳层半满或超过半满时，J＝L＋S
第三节 稀土及过渡元素的有效波 尔磁子
一、稀土离子的顺磁性 1、稀土元素的特征： 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f0~145s25p65d0~16s2 最外层电子壳层基本相同，而内层的4f轨道从La到
Cu2＋(3d9)，置于正八面体晶体中，电子组态为：
t2g6eg3 考虑d10电子组态，其电子云分布为球形对称。去
掉一个dx2-y2电子 (t2g6)(dz2)2(dx2-y2)1 （这种状态在x 与y轴方向，电子出现几率小）导致Cu2＋原子核内正 电荷在x－y轴方向所受屏蔽较小从而Cu2＋原子核吸
磁性物理学第一章物质磁性概述-磁性物理
如氧、铝、铂等金属，以及某些非金属如氮、氧等。
顺磁性特点
顺磁性物质的磁化率比抗磁性物质大，但仍然是微弱的。它们同样 不会自发磁化，且在外磁场撤去后无剩磁。
铁磁性物质
01
铁磁性定义
铁磁性是指物质在外磁场作用下，能产生很强磁化现象，且可以自发磁
化形成磁畴。
02
铁磁性物质举例
如铁、钴、镍及其合金等。
物质磁性影响因素分
04
析
温度对物质磁性影响
居里温度
物质磁性随温度变化的重要参数，当温度高于居里温度时，铁磁性物质转变为顺 磁性。
磁化率与温度关系
对于顺磁性物质，磁化率随温度升高而降低；对于铁磁性物质，在居里温度以下 磁化率随温度升高而降低，在居里温度以上转变为顺磁性。
压力对物质磁性影响
压力效应
磁性分类
根据物质在磁场中的表现，可分为铁 磁性、亚铁磁性、反铁磁性、顺磁性 和抗磁性等。
物质磁性来源
电子自旋磁矩
电子自旋产生的磁矩是物质磁性的主要来源。
电子轨道磁矩
电子绕原子核运动时产生的磁矩，对物质磁性有 贡献但通常较小。
原子核自旋磁矩
原子核自旋产生的磁矩，对物质磁性的贡献极小， 通常可忽略不计。
尔元件等，实现非接触式测量和自动控制。
磁记录材料应用领域
硬盘驱动器
磁记录材料用于制造硬盘驱动器的存储介质，实现数据的长期可 靠存储。
磁带
利用磁记录材料的磁化特性，制造磁带等线性存储设备，用于数 据的备份和归档。
磁卡
磁记录材料用于制造各种磁卡，如信用卡、门禁卡等，实现身份 识别和交易安全。
总结与展望
物质在压力作用下，原子间距减小，电子云重叠增加，导致 交换作用增强，从而影响物质的磁性。
原子`离子的磁矩(顺`抗磁)
姜书 p115
7. 超顺磁性（Superparamagnetism）
当铁磁颗粒减小到临界尺寸以下(1~10 nm)，微粒的各 向异性能远小于热运动能量，微粒的磁化矢量不再有确定的 方向时，铁磁粒子的行为类似于顺磁性一样。这些磁性颗粒 系统的总磁性叫做超顺磁性。普通顺磁性是具有固有磁矩的 原子或分子在外磁场中的取向，而超顺磁性是均匀磁化的单 畴粒子的原本无序取向的磁化矢量在外磁场中的取向。每 个单畴粒子包含较大数目的原子所以有大得多的磁矩。
一些抗磁性金属在20℃时的克分子磁化率（CGS单位）：
(106 )
(106 )
见冯索夫斯基《现代磁学》(1953) p74
2. 顺磁性（Paramagnetism）
这是19世纪后半叶就已经发现并研究的另一类弱磁性。 它的最基本特征是磁化率为正值且数值很小，0<<<1。
顺磁性物质的磁化率是温度的函数，服从居里定律或居里外斯（Curie-Waiss)定律。
反常抗磁性物质：Bi,Ga,Zn,Pb,磁化率与磁场、温度有关。
广义地说，超导体也是一种抗磁性物质，=-1 ，它的机理 完全不同，不在我们讨论之内。
见姜书p25
CGS单位制克分子磁化率
体积磁化率
密度 原子量 ×10-6
ρn
-1.9
0.205 4
0.097
-7.2
1.51 20.18 0.43
-19.4
1.3 宏观物质的磁性
原子、离子的磁矩（顺、抗磁）
固
体
晶体结构和晶场类型（自旋、轨道贡献）
磁
原子的磁性是由原子核决定的
原子的磁性是由原子核决定的当前主流观点认为，原子核外分布着电子，电子跃迁产生光谱，电子决定了往有不同的磁学特性。
但地球膨裂说认为，虽然电子对原子的磁性有着很大的影响，但不是决定性作用，对原子磁性起决定性作用的是原子核，这也就是说原子的磁性是由原子核决定的。
这就像太阳系的行星都有各自的磁场，但太阳系的磁性是由太阳决定的一样。
物质大都是由分子组成的，分子是由原子组成的，原子又是由原子核和电子组成的。
在原子内部，电子不停地自转，并绕原子核旋转。
电子的这两种运动都会产生磁性。
但是在物质中，因为对原子磁场起决定性作用的是原子核，原子核运动的方向各不相同、杂乱无章，磁效应相互抵消。
因此，大多数物质在正常情况下，并不呈现磁性。
铁、钴、镍或铁氧体等铁磁类物质有所不同，它内部的原子核可以在小范围内自发地排列起来，形成一个自发磁化区，这种自发磁化区就叫磁畴。
铁磁类物质磁化后，内部的磁畴整整齐齐、方向一致地排列起来，使磁性加强，就构成磁铁了。
磁铁的吸铁过程就是对铁块的磁化过程，磁化了的铁块和磁铁不同极性间产生吸引力，铁块就牢牢地与磁铁“粘”在一起了。
我们就说磁铁有磁性了。
原子核能发出磁场,但大量的粒子混合在一起,所以宏观上其磁场相互抵消了。
有些磁性物质有磁性是因为其粒子是按同一方向排列的,原子的磁场相互叠加而加强.。
具有奇数质子或中子的核子，具有内在的性质：核自旋，自旋角动量。
核自旋产生磁矩。
原子核的集体模型认为，每个核子在核内除了相对其它核子运动外，原子核的整体还发生振动与转动。
逆磁性物质在外加磁场的作用下会形成和外加磁场方向相反的磁场，形成和外加磁场极性相同的的磁极。
这是为什么呢？地球膨裂说认为，这是因为原子核的整体发生振动与转动，逆磁性物质的原子核只能发生和外磁场方向相反的方向转动。
顺磁性物质在外加磁场的作用下会形成和外加磁场方向相同的磁场，形成和外加磁场极性相反的的磁极。
这是为什么呢？地球膨裂说认为，这是因为原子核的整体发生振动与转动，顺磁性物质的原子核只能发生和外磁场方向相同的方向转动。
科学实验教案：探索磁性材料的特性和应用
科学实验教案：探索磁性材料的特性和应用1. 引言1.1 概述本文旨在介绍一个科学实验教案，探索磁性材料的特性和应用。
磁性材料是一类具有吸引铁、镍等金属或其他物质的能力的材料。
对于学生来说，了解磁性材料的基本特性以及掌握相关应用是很重要的。
通过开展多种有趣的科学实验，学生可以亲身体验磁力的产生与变化规律，观察磁性材料对铁粉的吸引现象，并探索电流在磁场中受力情况与生成规律。
1.2 文章结构本文将按以下结构进行组织：首先，在第二部分中将介绍磁性材料的基本特性，包括磁性概念与原理、不同种类磁性材料以及磁场对磁性材料的影响和测量方法。
接下来，在第三部分中将重点讨论磁性材料在科学实验中的应用，包括研究磁力产生与变化规律、观察磁铁吸引铁粉现象解释以及探索电流在磁场中的受力情况与生成规律。
第四部分将提供科学实验设计和教学活动的具体安排，包括实验设备和材料清单、实验步骤和操作指导以及预期结果与讨论指导。
最后，在第五部分中，我们将对实验结果进行总结与分析，并从磁性材料特性及应用角度展开思考，并探讨科学实验教育的重要性和可持续发展性。
1.3 目的本文的目的是通过介绍一个科学实验教案，引发读者对于磁性材料特性及其应用的兴趣，并提供了一套完整的实践方案，帮助教师在教学中更好地引导学生进行有趣且富有启发性的科学实验。
这些实验旨在培养学生的观察力、思考能力和解决问题的能力，同时强调科学知识与现实生活之间的联系。
通过完成这些实验，学生可以深入了解磁性材料并增加他们对科学方法以及科学探索过程的理解。
2. 磁性材料的基本特性:2.1 磁性概念与原理:磁性是物质表现出吸引或排斥其他物质的能力。
磁性源于物质中微观磁偶极子的排列和相互作用。
磁偶极子由带电粒子（如原子和电子）的自旋和轨道运动产生。
磁性可分为三种类型：顺磁性、铁磁性和抗磁性。
顺磁性物质受外部磁场影响时产生弱的吸引力，而铁磁性物质则在外部磁场中形成强大的吸引力，抗磁性物质则被外部磁场所排斥。
磁性材料原理及应用
磁性的起源和常见磁性材料应用陈阳，王皓，徐航，信跃龙磁性，在很久以前就引起了人们的兴趣。
早在3000多年前，中国人就发现了自然界中存在一种磁石，它们可以相互吸引或吸引铁石。
人们以丰富地想象力将此现象比喻为母亲慈爱地对待幼儿，《吕氏春秋·季秋记》中就有“慈石召铁，或引之也”的记述。
现今汉语中的“磁”字就来源于当时的“慈”。
中国古代的四大发明之一的指南针就是中国古代人民很早就开始利用磁性的实例。
我们知道，所谓磁石其实也就是铁矿石（一般为磁铁矿Fe3O4）。
我们也知道，铁会被磁铁吸引而且会被磁铁磁化。
那么，它们为什么会有磁性或会被磁化？磁性到底是怎样产生的呢？为了解释物质的宏观磁性的性质，我们从原子着手来考察一下磁性的来源。
一、磁性的起源“结构决定性质”。
磁性当然也是由物质原子内部结构决定的。
原子结构与磁性的关系可以归纳为：（1） 原子的磁性来源于电子的自旋和轨道运动；（2） 原子内具有未被填满的电子是材料具有磁性的必要条件；（3） 电子的“交换作用”是原子具有磁性的根本原因。
1.电子磁矩的产生原子磁性是磁性材料的基础，而原子磁性来源于电子磁矩。
电子的运动是产生电子磁矩的根源，电子有绕原子核旋转的运动和自身旋转的运动，因此电子磁矩也是由电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩两部分组成的。
按照波尔的原子轨道理论，原子内的电子是围绕着原子核在一定轨道上运动的。
电子沿轨道的运动，相当于一个圆电流，相应得就会产生轨道磁矩。
原子中的电子轨道磁矩平面可以取不同方向，但是在定向的磁场中，电子轨道只能去一定的几个方向，也就是说轨道的方向是量子化的。
由电子电荷的自旋所产生的磁矩就称为电子自旋磁矩。
在外磁场作用下，自旋磁矩只可能与轨道磁矩平行或反平行。
很多磁性材料中，电子自旋磁矩要比电子轨道磁矩大。
这是因为在晶体中，电子的轨道磁矩要受晶格场的作用，它的方向是改变的，不能形成一个联合磁矩，对外没有磁矩。
这也即一般所谓的轨道动量矩和轨道磁矩的“猝灭”或“冻结”。
磁性原子核的名词解释
磁性原子核的名词解释在物理学中，磁性原子核是指具有磁性的原子核。
原子核是构成物质的基本单位之一，由质子和中子组成。
而磁性原子核是指在外磁场的作用下能够表现出磁性行为的原子核。
磁性原子核的性质是研究物质微观结构和性质的关键之一，对于理解磁共振、磁性材料以及核磁共振成像等领域具有重要意义。
首先，我们来看一下为什么原子核会具有磁性。
原子核由质子和中子组成，而质子和中子都带有自旋角动量。
自旋是微观粒子的基本特性之一，类似于物体的自转。
自旋角动量会根据物体的量子力学性质而量子化，即只能取一些特定的值。
当物体的自旋角动量取特定的值时，就会产生磁矩，也就是磁性。
对于原子核而言，质子和中子的自旋角动量之和会决定原子核的总自旋角动量。
而总自旋角动量与原子核的磁矩之间存在一定的关系。
当原子核的总自旋角动量为整数时，原子核的磁矩为0，即不具有磁性。
这类原子核称为非磁性原子核。
而当原子核的总自旋角动量为半整数时，原子核的磁矩不为0，即具有磁性。
这类原子核称为磁性原子核。
磁性原子核的磁矩可以通过外磁场的作用来引发一系列的物理现象。
其中最重要的就是核磁共振现象。
核磁共振是指当磁性原子核置于外磁场中时，原子核的磁矩与外磁场发生相互作用，从而导致原子核之间的能级发生分裂。
这种分裂使得原子核在一定条件下能够吸收或发射电磁波的特定频率，从而被观察到。
核磁共振技术的应用非常广泛，包括核磁共振成像（MRI）在医学中的应用。
除了核磁共振现象，磁性原子核还在磁性材料的研究中起着重要作用。
磁性材料是指那些在外磁场作用下表现出磁性行为的材料。
在磁性材料中，磁性原子核的磁矩会与材料中的其他磁性原子核相互作用，形成磁性区域。
这些磁性区域在外磁场下会发生重新排列，从而引发材料的磁性行为。
对于磁性材料的研究，磁性原子核的性质和行为是非常重要的。
总之，磁性原子核是指在外磁场的作用下能够表现出磁性行为的原子核。
磁性原子核的磁矩与原子核的自旋角动量有关，而磁性原子核具有磁共振现象，是核磁共振技术的基础。
固体物理-第七章 固体的磁性
7.1.1. 原子磁矩
这里所讨论的是孤立原子的磁矩。
1.电子轨道磁矩
核外电子绕原子核运动具有角动量p, 同时还形成环电流. 此环流产生磁矩,即轨道磁矩, 根据量子力学的结果, 电子的轨 道磁矩ml与其角动量pl成正比,
7.1.1.11
7.1. 原子的磁性
J 为总角量子数， 有效原子磁矩的大小为 mJ =|-gePJ/2m|=g[J(J +1)]1/2mB 7.1.1.12 为了求出g , 把7.1.1.11式两边点乘PJ得 , g=mJ PJ/(-ePJ2/2m) 把mJ =-e(PJ +PS )/2m代入，得 g =(PJ+PS )PJ/PJ2=1+PSPJ/PJ2 7.1.1.13 把PL=PJ – PS两边平方 PSPJ=(PJ2-PL2+PS2)/2 因此, g=1+(PJ2-PL2+PS2)/(2PJ2) 7.1.1.14
对于L-S耦合有, PL =i pli PS =i psi PJ=PL+PS 7.1.1.9 则原子磁矩 m = mL +mS = -e (PJ +PS )/2m 7.1.1.10
7.1.1.10式表明, 原子磁矩m与总角动量PJ不在同一方向，如果引入有效原子磁矩mJ, 即,
m在PJ方向的分量则有 mJ =-gePJ /2m
A为电子进动轨道面积，
如果固体中单位体积内含有N个原子，每个原子 有Z个电子，则 磁化强度为 DM=N1zDmj=-Ne2B1z (X j2¯+y j2¯)/4m
单位体积中总的感应磁矩，即
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磁性原子的概念
磁性原子是指在外加磁场的作用下，原子内部的电子或核自旋性（总角动量）排列方式发生变化，从而使得原子体系具有磁性的现象。
在磁性原子中，主要有两种重要的角动量：电子自旋角动量和核自旋角动量。
电子自旋角动量是指电子围绕自身的自旋轴自旋运动所产生的角动量。
核自旋角动量是指原子核内部的质子和中子在自身轨道运动中的自旋运动，以及它们之间的相互作用产生的角动量。
在没有外加磁场的情况下，磁性原子中的电子和核自旋是以随机的方式分布的，不存在明显的磁性。
但当外加磁场施加在原子体系上时，磁场将对电子自旋和核自旋产生作用。
在这种作用下，原子体系的自旋性将发生重新排列，进而引发磁性现象的产生。
磁性原子的磁性来源于原子中的未配对电子或核自旋。
在一些过渡金属元素如铁、镍和钴中，它们的外层电子存在未成对的电子自旋，因此具有较强的磁性。
这些未配对自旋电子在施加磁场后，会受到磁场的作用而使其自旋取向发生改变，进而在原子和晶体尺度上引发磁性行为。
在磁性原子中，其磁性行为主要通过交换作用和双电子共有作用来实现。
交换作用是指原子间或电子间的交换相互作用。
在一个晶体中，由于离子间的共有电子存在交换相互作用，使得晶体中的未配对电子自旋取向趋于一致，进而产生磁性。
双电子共有作用是指两个相邻原子之间的电子云重叠，从而引起原子间的电子自旋取向趋于一致，同样能够产生磁性。
磁性原子可以分为顺磁性和铁磁性两种类型。
顺磁性是指处于外加磁场中的原子体系，未配对自旋的电子受到磁场作用而对齐，使得原子体系整体呈现出顺磁性的行为。
顺磁性的材料在外加磁场下会被吸引到磁场强的区域，且在去除磁场后失去磁性。
铁磁性是指原子体系中的未配对电子在无外加磁场的情况下，也存在磁性。
在外加磁场的作用下，原子体系的磁矩会更加强化，使得整个材料体现出铁磁性。
铁磁性材料在去除外加磁场后仍然具有一定的磁性，因为其中的未配对电子自旋在无外场情况下同样会呈现出一定的自旋配对不完全。
除此之外，还存在反铁磁性和互补磁性。
反铁磁性是指原子体系中的自旋取向是相互邻近的，但是整体呈现出反平行排列状态的磁性行为。
互补磁性是指晶体中的不同原子具有不同的磁性性质，如铁磁性和反铁磁性的组合。
总的来说，磁性原子的概念是指在外加磁场的作用下，原子体系内部的电子或核自旋性排列方式发生变化，从而使得原子体系具有磁性行为的现象。
磁性原子的磁性来源于原子中的未配对电子自旋或核自旋，通过交换作用和双电子共有作用等方式实现。
不同类型的磁性原子表现出不同的磁性行为，如顺磁性、铁磁性、反铁磁性等，这些都是基于原子体系的自旋性重新排列而产生的。