05-材料的磁性能2
磁性材料与磁性学基础
磁性材料与磁性学基础磁性材料是具有磁性的材料，广泛应用于电子、通信、医疗等领域。
了解磁性材料的基本原理和性质对于应用和发展都具有重要意义。
磁性学是研究磁性材料的学科，它主要涉及磁性材料的磁化、磁场等基本概念和原理。
本文将从磁性材料的分类、磁化过程、磁性材料的性质等方面进行阐述。
一、磁性材料的分类磁性材料根据其磁性质可以分为铁磁、顺磁、反磁和带磁等四类。
铁磁材料是指在外加磁场作用下具有明显磁化特性的材料，常见的有铁、钴、镍等。
顺磁材料是指在外加磁场作用下呈现顺磁性质的材料，如银、铂等。
反磁材料则是指在外加磁场下呈现反磁性质的材料，如铜、锌等。
带磁材料是指一些特殊的磁性材料，如软磁材料和硬磁材料。
二、磁化过程与磁场磁化是指磁性材料在磁场作用下产生磁化强度的过程。
磁化过程可分为顺磁和铁磁两种类型。
顺磁磁化是指材料中的磁化强度和外加磁场成正比，而铁磁磁化则是指材料中的磁化强度与外加磁场呈非线性关系。
在实际应用中，通常使用磁性材料的矫顽力来描述材料的磁化性能。
磁场是磁性材料磁化的驱动力，是由磁性体所产生的力线场。
磁场的强弱程度决定了磁性材料磁化的程度。
不同磁性材料对磁场的响应不同，这是由其磁化特性决定的。
三、磁性材料的性质磁性材料的性质包括磁化特性、磁导率、磁致伸缩效应、磁滞回线等。
磁化特性是磁性材料的本质属性，它反映了材料在磁场下的磁化程度。
磁导率是指磁性材料对磁场的响应程度，它是电磁学中的一个重要参数。
磁致伸缩效应是指磁性材料在磁场作用下发生形变的现象，这一现象常应用于磁声技术等领域。
磁滞回线是指铁磁材料在磁场强度发生变化时的磁化曲线，可以用来描述材料的磁化特性和磁场强度的关系。
四、磁性材料的应用磁性材料广泛应用于电子、通信、医疗等领域。
在电子领域，磁性材料被用于制造高性能的磁盘存储器、传感器、扬声器等。
在通信领域，磁性材料被用于制造天线、滤波器等元件。
在医疗领域，磁性材料被用于磁共振成像、磁力治疗等。
磁性材料 第5章 磁畴理论 2
一. 畴壁及畴壁分类
理论和实验都证明，在两个相邻磁畴之间原子层的自 旋取向由于交换作用的缘故，不可能发生突变，而是逐渐 的变化，从而形成一个有一定厚度的过渡层，称为畴壁。
按畴壁两边磁化矢量的夹角来分类，可以把畴壁分成 180壁和90壁两种类型。在具有单轴各向异性的理想晶体 中，只有180壁。在 K1＞0 的理想立方晶体中有180壁和 90壁两种类型。在 K1＜0 的理想立方晶体中除去180壁外， 还可能有109和71壁，实际晶体中，由于不均匀性，情况 要复杂得多，但理论上仍常以180和90壁为例进行讨论。
E 0 d
量更低，但此时必须考虑自发磁化引起的形变产生的磁弹性能的影响。
立方晶系封闭畴形式能量的计算：在立方晶系K＞0的情况下，应
力方向单位体积的磁弹性能是：
F
1 2
100
1 2
C2 100 11
样品表面单位面积下方柱体的总能量为：
E
E
Eml
L d
d 2
1 2
C 2 11 100
第五章 磁畴理论
铁磁性物质的基本特征是物质内部存在自发磁化与磁 畴结构。
1907年Weiss在分子场理论的假设中，最早提出磁畴的 假说；而磁畴结构的理论是Landon—Lifshits在1935年考虑 了静磁能的相互作用后而首先提出的。
磁畴理论已成为现代磁化理论的主要理论基础。
5.1 磁畴的起源
一、磁畴形成的根本原因 铁磁体内有五种相互作用能：FH、Fd、Fex、Fk、F 。
Bloch180壁的结 构：为保证自发 磁化强度在畴壁 法线方向的分量 连续，畴壁应取 如图方式。
Bloch180畴壁中原子层电子自旋方向的转变形式：
【精品】磁性材料参数
1、什么是永磁材料的磁性能，它包括哪些指标？永磁材料的主要磁性能指标是：剩磁(Jr,Br）、矫顽力(bHc)、内禀矫顽力（jHc）、磁能积（BH)m.我们通常所说的永磁材料的磁性能，指的就是这四项。
永磁材料的其它磁性能指标还有：居里温度(Tc）、可工作温度（Tw）、剩磁及内禀矫顽力的温度系数(Brθ,jHcθ）、回复导磁率（μrec.)、退磁曲线方形度（Hk/jHc)、高温减磁性能以及磁性能的均一性等。
除磁性能外,永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等；机械性能则包括维氏硬度、抗压（拉)强度、冲击韧性等。
此外，永磁材料的性能指标中还有重要的一项，就是表面状态及其耐腐蚀性能。
2、什么叫磁场强度（H）？1820年,丹麦科学家奥斯特（H。
C。
Oersted）发现通有电流的导线可以使其附近的磁针发生偏转,从而揭示了电与磁的基本关系，诞生了电磁学。
实践表明：通有电流的无限长导线在其周围所产生的磁场强弱与电流的大小成正比，与离开导线的距离成反比。
定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/2π米远处的磁场强度为1A/m(安/米，国际单位制SI）；在CGS单位制（厘米—克—秒）中,为纪念奥斯特对电磁学的贡献，定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线0.2厘米远处磁场强度为1Oe(奥斯特），1Oe=1/(4π×10？)A/m。
磁场强度通常用H表示.3、什么叫磁感应强度（B)，什么叫磁通密度(B),B与H，J，M之间存在什么样的关系？理论与实践均表明，对任何介质施加一磁场H时(该磁场可由外部电流或外部永磁体提供，亦可由永磁体对永磁介质本身提供，由永磁体对永磁介质本身提供的磁场又称退磁场—-—关于退磁场的概念，见9Q)，介质内部的磁场强度并不等于H，而是表现为H与介质的磁极化强度J之和.由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现出来的，为与H区别,称之为介质的磁感应强度，记为B：B=μ0H+J（SI单位制)（1—1）B=H+4πM（CGS单位制）磁感应强度B的单位为T，CGS单位为Gs(1T=104Gs）。
磁性材料磁性行为研究
磁性材料磁性行为研究磁性材料是一类在外加磁场作用下表现出显著磁性行为的物质。
磁性材料的研究对于现代科学技术的发展具有重要意义。
从电气工程到计算机科学，从医学影像到能源存储，磁性材料都扮演着重要的角色。
磁性行为研究的发展不仅推动了材料科学的发展，也对我们对自然界的认识提出了新的问题。
磁性行为研究始于古代。
早在古希腊时期，人们对磁性的现象就产生了浓厚的兴趣。
当时人们发现某些石头可以吸引铁屑，这被认为是一种神秘的力量。
古希腊物理学家特萨莱斯将其命名为“磁石”。
直到18世纪末，安德烈-玛丽·安培、伊拉·欧斯特瓦尔德等科学家的研究，磁性现象才被理论化，磁场的概念被提出。
随着科学技术的发展，人们对磁性材料的研究越来越深入。
例如，研究人员发现磁性材料的磁性行为与其晶体结构、磁相互作用、自旋排列等因素有关。
通过改变这些因素，可以调控磁性材料的性质。
这对于实现磁性材料磁场探测、磁性传感器、磁存储器件等应用有重要影响。
磁性行为的研究方法多种多样。
其中，磁滞回线测量是一种常见的方法。
磁滞回线是材料在外加磁场变化时磁化强度随之变化的曲线。
通过研究磁滞回线，可以获得有关磁性材料的物理性质。
此外，磁共振、X射线磁散射、原子力显微镜等也是常用的研究手段。
这些先进的研究方法使得我们对磁性材料的理解更加深入。
磁性材料的磁性行为不仅与其性质有关，也受到温度、压力等外界条件的影响。
例如，研究人员发现某些磁性材料在低温下会发生自旋玻璃相变，即自旋的排列呈现出无序和冻结状态。
这种现象在凝聚态物理中引起了广泛关注，涉及到自旋液体理论、强关联电子系统等前沿领域。
磁性材料的研究还有一些令人振奋的发现。
最近，一种名为拓扑磁绝缘体的新材料引起了广泛的关注。
拓扑磁绝缘体表现出奇异的电磁特性，在磁场中可以实现零阻输运。
这种新材料的发现对于磁性材料应用和基础研究都具有重要意义。
总之，磁性材料的磁性行为研究在材料科学领域具有广泛的应用前景。
磁性材料的磁性能
磁性材料的磁性能1、高导磁性磁性材料的磁导率通常都很高，即m r 1 ( 如坡莫合金，其m r 可达2 ′10 5 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。
磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。
在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。
2、磁饱和性磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。
当外磁场增大到一定程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值。
如图B - H 磁化曲线的特征：O a 段：B 与H 几乎成正比地增加；ab 段：B 的增加缓慢下来；b 点以后：B 增加很少，达到饱和。
有磁性物质存在时，B 与H 不成正比，磁性物质的磁导率m 不是常数，随H 而变。
有磁性物质存在时，F 与I 不成正比。
磁性物质的磁化曲线在磁路计算上极为重要，其为非线性曲线，实际中通过实验得出。
3、磁滞性磁滞性：磁性材料中磁感应强度 B 的变化总是滞后于外磁场变化的性质。
磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B - H 关系曲线是一条回形闭合曲线，称为磁滞回线。
剩磁感应强度B r ( 剩磁) ：当线圈中电流减小到零( H =0) 时，铁心中的磁感应强度。
矫顽磁力H c ：使B = 0 所需的H 值。
磁性物质不同，其磁滞回线和磁化曲线也不同。
按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1) 软磁材料具有较小的矫顽磁力，磁滞回线较窄。
一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。
常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。
(2) 永磁材料具有较大的矫顽磁力，磁滞回线较宽。
一般用来制造永久磁铁。
常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。
(3) 矩磁材料具有较小的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。
在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。
常用的有镁锰铁氧体等。
第三章 材料的磁性能
2009-6-12
wzhuo
11
• 磁存储
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12
2、现代观点：
物质的磁性来源于物质中原子的磁性
1) 带电的粒子漂移或运动产生磁场 2) 电子的自旋 3）电子的轨道运动：核外电子的 运动相当于一个闭合电流，具有 一定的轨道磁矩 4) 原子核的磁矩
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Be--P，S，Cl，Ar主要表现为抗磁 性
2. Bi、Cu、Ag、Au等金属也具有抗磁
性。
3. C、Si、Ge 4. F、Cl、Br、I
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抗磁性（磁无序）
并且在磁性陶瓷材料中，构成了几 乎所有的阴离子，如O2-，F-，CL，S2-，CO32-，N3-，OH-等，在这 些阴离子中，电子填满壳层，自旋 磁矩平衡。
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抗磁性（磁无序）---顺磁性
许多物质在放入外磁场中时，感生出和H相反方 向的磁性，磁化率χ<0 ，这种物质称抗 磁性物质 许多物质在放入外磁场中时，感生出和H相同方 向的磁性，磁化率χ>0，这种物质称顺 性物质
χ=M/H
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固体磁性的分类
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基本概念-2
1、磁矩 2、磁畴壁 3、居里温度 5、磁滞回线 7、最大磁能积（BH）max 8、自发磁化
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wzhuo
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1、磁矩
任何一个封闭的电流都具有磁矩m，其大小为电 流与封闭环型的面积的乘积，即m=I×S。 在均匀磁场中，磁矩受到磁场作用的力矩J为： J=m×B
材料物理性能 磁2
居里定律
居里-外斯定律
C T C T
3.相变及组织转变的影响
当材料发生同素异构转变时，晶格类型及原子间距
发生变化，会影响电子运动状态而导致磁化率的变 化。例如，正方晶格的白锡转变为金刚石结构的灰 锡时，磁化率明显变化。当材料发生其他相变时， 也会影响磁化率，影响的规律比较复杂。
1831—1879
居里定律
发明了磁秤（磁天平），实现了对弱磁性的测量。
根据大量的实验结果，总结出著名的居里定律。
抗磁体的磁化率不依赖磁场强度且一般不依赖于温度； 顺磁体的磁化率不依赖磁场强度且与温度成反比； 铁在某一温度（居里温度）以上失去磁性。
压电效应的发现； 放射性物质研究，发现了镭。
由此说明了地磁的成因和物质的磁性。
（1775-1836）
发现四 提出了分子电流假说。
揭示了物质磁性的本质。
电和磁本质上是统一的。
电磁感应现象
1831年，由法拉第发现。
俗称磁生电，直接导致了发电机的
发明，影响非常深远。
其它成果： 1834年，发现了电解定律，开创 了电化学学科。 发现了物质的抗磁性。 提出了电磁场这一概念。 法拉第，英国科学家
3
23
量子力学计算表明，当磁性物质内部相邻原子的电 子交换积分A为正时(A＞0)，相邻原子磁矩将同向平行 排列，从而实现自发磁化。这就是铁磁性产生的原因。 这种相邻原子的电子交换效应，其本质仍是静电力迫 使电子自旋磁矩平行排列，作用的效果好像强磁场一样。 外斯分子场就是这样得名的。 理论计算证明，交换积分A不仅与电子运动状态的 波函数有关，而且强烈地依赖于原子核之间的距离 (点 阵常数)。
I H 2r
方向由右手螺旋法则确定。 r
第五章_材料的磁性能2
问题3：磁畴壁迁移的实质
H
磁畴壁迁移的方向
EH 0 m H 0 mH cos
磁畴壁迁移的方向
磁畴壁迁移的实质： 壁内原子磁矩的逐 H 渐转向
小结：
铁磁性材料的技术磁化是磁畴及磁畴壁在外磁
场中的微观行为的宏观反映；
不是外磁场使铁磁性材料的固有磁矩增大了，
而是使固有磁矩发生了一致的取向；
Bs
a
i
2 技术磁化的微观机制
铁磁性材料的技术磁化是磁畴及畴壁在外磁场 作用下的微观行为的宏观表现。 磁畴的旋转区
(M)
畴壁的不可逆迁移区畴壁的可逆迁移区 NhomakorabeaH
磁畴壁的可逆迁 移与不可逆迁移 如何解释？
磁畴壁向哪里迁 移呢？为什么向 这个方向迁移呢？
磁畴壁迁移的 实质又是什么 呢？
问题1：磁畴壁的可逆迁移与不可逆迁移
有限几何尺寸的磁性体，在外磁 场中被磁化，磁体的表面将产生 磁极，使磁体内部存在与此话强 度M方向相反的一种磁场Hd，起 着退磁化的作用，称为退磁场。
H d NM
1 Ed 0 NM 2 2
N为退磁因子，与铁磁体 形状有关，总的来说铁磁 体形状越粗短，N越大。
l 越小，N 越大 a
简单几何体的退磁因子
公元11世纪，北宋，沈括在<<梦溪笔谈>>中提到了指南针的制 造方法：“方家以磁石磨针锋，则能指南......水浮多荡摇，指抓 及碗唇上皆可为之，运转尤速，但坚滑易坠，不若缕悬之最善。” 同时，他还发现了磁偏角，即：地球的磁极和地理的南北极不完 全重合。
磁性材料发展简历
公元17世纪，英国的吉尔伯特发表了世界上第一部磁学专 著<<论磁石>>。 公元18世纪，瑞典科学家在磁学著作中对磁性材料的磁化 作了大胆的描绘。 公元19世纪，近代物理学大发展，电流的磁效应、电磁感 应等相继被发现和研究，同时磁性材料的理论出现，涌现 出了象法拉第、安培、韦伯、高斯、奥斯特、麦克丝韦、 赫兹等大批现代电磁学大师。 20世纪初，法国的外斯提出了著名的磁性物质的分子场假 说，奠定了现代磁学的基础。
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材料的磁学性能
材料科学与工程学院：马永昌
第五章 材料的磁学性能
5.1 磁学简史 5.2 原子的磁性 5.3 材料的磁性特征和结构 5.4 磁晶各向异性与磁致伸缩 5.5 磁畴结构 5.6 磁化过程
* 磁性与磁性材料的发展史 指南针 司马迁《史记》描述黄帝作战用 罗盘 宋朝《萍洲可谈》12世纪 磁石 最早的著作《De Magnete 》 W.Gibert 18世纪 奥斯特 电流产生磁场 法拉弟效应,安培定律 构成电磁学的基础 ,电动机、发电机等出现
5.3 物质磁性分类的原则
A.固有原子磁矩？B.相互作用？C.什么相互作用？
1. 抗磁性：没有固有原子磁矩 2. 3. 4. 顺磁性：有固有磁矩，没有相互作用 铁磁性：有固有磁矩，直接交换相互作用 反铁磁性：有磁矩，直接交换相互作用
5.
6.
亚铁磁性：有磁矩，间接交换相互作用
自旋玻璃和混磁性：有磁矩，RKKY
P
2m
(中子衍射、中子散射)
众所周知，电子轨道运动是量子化的，因而只有 分立的轨道存在，换言之、角动量是量子化的， 并由下式给出
P l
玻尔磁子
ML
0e
2m
l M Bl
(Bohr magneton)
自旋角动量与自旋磁矩
P
与自旋相联系的角动量的大小是ħ/2，因而自旋角动 量可写为： P s
µJ=µL-µs
µJ=µL+µs
自旋-轨道耦合
一个电子绕核(核电荷为Ze)旋转，看轨道与自旋的关系。
s
µL
结论：一个电子的L和s总是方 向相反，壳层中电子数目少于 最大数目一半时，所有电子的 L和 s都是相反。同时轨道磁 矩 µL和 µs也是反平行。
原子总磁矩
在一个未填满的电子壳层中，电子的轨道和自旋磁矩如何形 成一个原子的磁矩。 根据洪德法则: 总自旋角动量： S=∑si 总轨道角动量：L=∑li
合成矢量受自旋-轨道耦合作用的控制：w=λL· S 形成总角动量： J=L+S (J=L-S，小于半满，J=L+S，大于半满)
2.晶场中的原子磁矩
晶场中电子受诸多相互作用的影响，总哈密顿量 H=Hw+ Hλ + Hv+ Hs+ Hh Hw:原子内的库仑相互作用，如用n，l，m表征的电子轨道只能 容纳自旋相反的两个电子，在一个轨道上这两个电子的库仑 相互作用能(相互排斥，能量提高)。 Hλ :自旋-轨道相互作用能。 Hv:晶场对原子中电子的作用。
单位体积里含有N个原子，每个原 子有Z个轨道电子时，磁化率为：
a2是对所有轨道电子运 动半径a2的平均。
金属的抗磁性
许多金属具有抗磁性，而且一般其抗磁磁化率不随温度 变化。金属抗磁性来源于导电电子。根据经典理论，外 加磁场不会改变电子系统的自由能及其分布函数，因此 磁化率为零。 朗道指出，在量子力学理论内，外磁 场使电子的能量量子化，从连续的能级 变为不连续的能级，而表现出抗磁性。 导电电子在外磁场作用下，运动轨道变为螺旋形状， 在垂直于磁场的平面内，产生园周运动。这样的线性振 子具有的分立能谱。讨论导电电子体系的能量随磁感应 强度的增加而如何变化。
1907年 P.Weiss的磁畴和分子场假设 1919年 巴克豪森效应 1928年 海森堡模型，用量子力学解释分子场起源 1931年 Bitter在显微镜下直接观察到磁畴 1933年 加藤与武井发现含Co的永磁铁氧体
1935年 荷兰Snoek发明软磁铁氧体 1935年 Landau和Lifshitz考虑退磁场， 理论上预言了 磁畴结构 1946年 Bioembergen发现NMR效应 1948年 Neel建立亚铁磁理论 1954-1957年 RKKY相互作用的建立 1958年 Mössbauer效应的发现
e
自旋磁矩
M
e
0
m
P
Ms
通常和角动量之间的关系由下式给出： M g
0e
2m
P
这里g因子( g-factor)对自旋运动是2，而对轨道运动是1。
M s 2 x
0e
2m
s 2M B s
M L 1x
0 e
2m
l M Bl
不论是自旋磁矩，还是轨道磁矩，都是玻尔磁子MB的整数倍。
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。
d 轨道电子的角动 量本征态
三重态的电子云 d
二重态电子云 d
当3d原子处在八面体或四面体中间，由于受到周围近邻原 子的晶场作用，l=2的五个简并态劈裂为d(二重简并的能 级)和d(三重简并的能级)。 二重态：dz2态角动量为零，磁场对它没有影响。 dx2-y2态为Y22和Y2-2的线性叠加，电子将等几率地处 于这两个角动量的本征态，因而平均角动量为零。如果电 子仅占据这两个态，则轨道角动量被完全冻结。 三重态：dxy态与dx2-y2态一样，平均角动量为零。 dyz和dzx两个态仍然可以从线性组合态还原为角动量 本征态Y21和Y2-1态，因此在磁场中仍将发生分裂，磁场对 它有影响，称为轨道角动量部分冻结。若晶场的对称性进 一步降低，能级进一步分裂，轨道角动量完全冻结。
如铁磁性物质在居里温度以上的顺磁性。
磁偶极子
未加场前 热运动， 总体无序排列
洪德法则：
(1)未满壳层的电子自旋si排列，要使总自旋S取 最大值。 (2)每个电子的轨道矢量li的排列，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)
S ———— ———— L- S
MEMS的发展不可避免的会使用各种类型
的磁性材料，而且是小尺寸复合型的材料。
静磁现象
磁矩 磁性材料和磁化强度 退磁场 静磁能
磁性最直观的表现是两个磁体之间存在吸引或排 斥力。 与电学相似，人们将磁描述为磁体两端带有自由 磁极，自然磁体之间的力的作用就是自由磁极之 间的相互作用。 都是什么对磁极有作用呢？也就是磁都受什么作 用的影响？磁极和电流 考虑磁体在磁场中受力情况：转矩和平移力。 L=mlHsinθ, F=mlδH/δx 乘积ml称为磁矩。 磁偶极子在空间产生的磁场。
原子的电子结构
核外电子结构用四个量子数表征：n.l.m.s (1) 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
(2) 轨道的形状由角动量l决定 l=0, 1, 2, 3,……..n-1 又称为s, p, d, f, g,……..电子
磁矩
我们在物理学中遇到有多个名词带有‘矩’ 这个字，比如：电矩、力矩等，矩的本义。 磁化强度是单位体积内的磁矩总和。 B=I+μ0H I=χH
退磁场
当一个有限大小的样品被外加磁场磁化时，两端 出现的自由磁极将产生一个与磁化强度相反的磁 场。这是物理学中的一个普遍原理：类比于静电 屏蔽现象去理解，类似于电极化现象。
3d电子云的空间伸展情况
晶格结构
小结： 1)晶场大于自旋-轨道耦合，W>V>l 2)晶场降低了体系的对称性，致使能级发生分裂，如果分裂的 能级不再是角动量的本征态，在磁场下不会进一步分裂(塞 曼分裂)，造成轨道角动量的冻结 3)角动量不为零的本征态总是成对的出现，因此，在单态中轨 道角动量对磁性不可能有贡献。 4)晶场影响的是电子波函数的空间分布，对电子自旋没影响。
Hs:与周边原子间的磁相互作用 (交换相互作用和磁偶极相互作用)。
Hh:外部磁场对电子的作用
(塞曼能)。
晶场
晶体中磁性离子上的电子要受到周围正的或负的离子的 场作用。离子的位置表式为：Rn(Rn,Θ n,Φ n);原点的磁性 原子周围电子的位置坐标为：r(r,θ ,φ )。电子受到周围 离子的静电场能(库仑相互作用)V(r)为：
3d
4f
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。相应的物理机制： 过渡金属的3d电子轨道暴露在外面，受晶场的控制。晶 场的值为102-104(cm-1)大于自旋-轨道耦合能(l)102(cm-1).
S L+S
m 3 2 1 0 -1 -2 -3
L 电子填充未半满时，轨道角动量
L和自旋角动量S都是由同样的电 子(如左图是5个自旋向上的电子) 决定，因此是L-S; 电子填充超过半满时，轨道角动 量是由自旋向下的二个轨道决定 L=5，而自旋角动量是由未成对 的另外五个电子决定，因此是 L+S。
1994年 CMR庞磁电阻的发现，Jin等LaCaMnO3 1995年 隧道磁电阻TMR的发现,T.Miyazaki
四类具有巨磁电阻效应的多层膜结构
磁学是一门即古老又年轻的学科。
磁学基础研究与应用的需求相互促进，在 国防和国民经济中起着重要作用。 磁学与其它学科交叉：信息、电气、交通、 生物、药物、天文、地质、能源、选矿等。
( 多电子体系 )
● Ze
K L M
(3) 当施加一个磁场在一个原子上时，平行于磁场的角动量 也是量子化的。l在磁场方向上的分量由磁量子数m决定
m=l, l-1, l-2,……0,…..-( l-1), -l (4) 电子自旋量子数由s决定：s=±1/2
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：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的能量提高。因 而一个轨道倾向只有一个电子占据。