材料物理英文版教学课件：chapter 18 magnetical properties

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1、Iron single crystal photomicrographs magnetic domains change shape as a magnetic field(H)is applied.Domains favorably oriented with the field grow at the expense of the unfavorably oriented domains.CHAPTER 18:MAGNETIC PROPERTIESISSUES TO ADDRESS.How do we measure magnetic properties?1 What are the a

2、tomic reasons for magnetism?Materials design for magnetic storage.How are magnetic material classified?Attractions and repulsions between materials Known for thousands of years Mechanisms still debated Technological useful:generators,transformers,motors,radio,TV,telephones,computers,sound and video

3、Examples:Iron;Some steels;Lodestone mineral;To different degrees,all substances are influenced by magnetic fields 18.1 Introduction to Magnetism10 A magnetic field can be produced by:-putting a current through a coil.Magnetic induction:-occurs when a material is subjected to a magnetic field.-is a c

4、hange in magnetic moment from electrons.Types of material response to a field are:-ferri-or ferro-magnetic(large magnetic induction)-paramagnetic(poor magnetic induction)-diamagnetic(opposing magnetic moment)Hard magnets:large coercivity.Soft magnets:small coercivity.Magnetic storage media:-particul

5、ate g-Fe2O3 in polymeric film(tape or floppy)-thin film CoPtCr or CoCrTa on glass disk(hard drive)Note:For materials selection cases related to a magnet coil,see slides 20-11 to 20-15.SUMMARY磁性根源 电子绕原子核运动，产生电子轨道磁矩;电子本身自旋，产生电子自旋磁矩。0Be(1)(1)2m 电子轨道磁矩电子轨道磁矩 ：轨道量子数，(代表s，p，d，f等电子态)，可取值0，1，2，3，(n-1)。HBm轨道

6、磁矩在外磁场方向的分量：磁量子数，可取值0，1，2，电子轨道磁矩在磁场中的投影值是量子化的。玻尔磁子，磁矩的最小单位，其大小为9.2710-24J/Tm例：n=3，2，即3d态电子，若在3d上填满了10个电子，则其电子轨道磁矩在磁场方向的投影值之和为：B0 12(1)(2)0 n：主量子数sB2 s(s 1)电子自旋磁矩电子自旋磁矩s：自旋量子数，可取值s HsB2m自旋磁矩在外磁场方向的分量：ms：自旋角动量方向量子数，可取值在填满电子的次电子层中，电子自旋角动量也互相抵消。因此，计算原子的总自旋磁矩时，只需要考虑未填满的次电子层中各电子的自旋角动量的组合。1212原子总磁矩原子总磁矩原子磁

7、矩为电子轨道磁矩与自旋磁矩的总和。耦合方式：J-J耦合L-S耦合原子序数大于82时，电子轨道磁矩与自旋磁矩强相互作用。各个电子的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成电子的总磁矩后，再由各个电子的总磁矩耦合成原子的总磁矩。原子序数小于32时，电子轨道磁矩与自旋磁矩弱相互作用，而电子的轨道磁矩间，自旋磁矩间强相互作用。原子内各电子的轨道磁矩先组合成总的轨道磁矩，各电子的自旋磁矩先组合成原子的总的自旋磁矩，然后两者再耦合成原子的总磁矩。原子序数介于两者之间时，两种耦合均存在；随着原子序数增加，由L-S耦合向J-J耦合转化。JJBgJ(J1)gJ：朗德（Lande）因子，其值一般在12之间。J：原子总角量子数；L

8、：原子总轨道角量子数；S：原子总自旋量子数。J HJJBg m轨道磁矩在外磁场方向的分量：mJ：总角动量方向量子数（总磁量子数），可取值0，1，2，JJJ(J1)S(S 1)L(L 1)g12J(J1)JLS maxL(m)smaxS(m)洪德（洪德（Hund）法则）法则（1）在泡利（Pauli）原理许可的条件下，总自旋量子数S取最大值；（2）在满足（1）的条件下，总轨道角动量量子数L取最大值；（3）总角动量量子数J有两种取法：在未满壳层中电子数少于一半时，电子数等于或超过一半时，JLSJLS用于计算基态原子或离子的磁矩。Dy3+的电子排布为：226261026109261s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p4f电子层n=4，=3，有9个电子，已过半满。电子数自旋方向ms+3+2+10-1-2-31+11+111111Dy3+中4f电子态分布及相应的量子数m12121212121212maxsmaxJJL(m)3322 10(1)(2)(3)5115515S(m)7(2);JLS522222g1.188;10.64