磁晶各向异性的起源
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1、磁晶各向异性的起源磁偶极矩间的作用 两个磁偶极子之间的作用E (1,2)= - 3(叮 r)(叮 r)r 512.1)=土卩2 (1- 3cos2 0 ) r312r 为两个磁偶极子间的距离,+对应两个磁偶极子同向,负号对应两个磁偶极子反向。磁偶极子:一个载有电流的圆形回路称为磁偶极子。磁荷观点认为,磁场是由磁荷产生 的,磁针的N极带正磁荷,S极带负磁荷,磁荷的多少用磁极强度qm来表示。相距I、磁 极强度为qm的一对电磁荷,当I远小于场点到它们的距离时,qm构成的系统叫磁偶极 子。晶体球壳= 3,因此对于均匀磁化立方结构的晶体球,上式的值为0。 其它偶极子在偶极子I出产生的场h = 一工匕(1
2、-3cos2 0 )lrili il对于非立方晶体, 12.1)式依赖与磁化方向。也就是说洛伦兹场是各向异性的。半径为几个 原子直径的球壳内的磁偶极矩对中心处的磁偶极矩产生一个复合场。对于立方晶体这个场为 零。考虑半径为晶格间距数倍但远仍小于球直径的球壳,该球壳在每处每个立体角上仍有大量磁偶极子,因此中心处的复合场仍为零。12.2)式中的能量与cos 20有关。磁偶极子能量 可以写为E =衣3dipoleij i ji=1 j=1上式中只有E丰0,且有E =-K。33331对于立方铁磁晶体,12.4)式是各向异性的。例如MgO晶体中,在垂直于111 方向的平面 内的自旋是平行的。在这种情况下,
3、自旋组态的能量有如下形式E = 2E (aa +aa +a a )dip 121 21 32 3在111方向取极值。立方结构铁磁体中的自旋具有立方对称性,因此在立方晶体中,磁偶 极矩的相互作用不会产生各向异性。当自旋并不严格平行时,由于12.1 )式中磁偶极子间的相互作用,晶体将获得一些能量。当 混合发生在磁化的强度方向的分量小于,:的状态时,这种情况会发生。自旋轨道相互作用12.1)式中能给出11.6)式中的项,自旋轨道相互作用可以解释立方晶体的磁各向异 性和其它的项。总的轨道角动量不在淬灭,电荷的分布造成了和自旋方向有关的磁晶各向异 性。a)间接交换作用依赖于阴离子和金属离子的电子云重叠。由于自旋轨道相互作用,电子云的 重叠发生变化,因为电子云略微呈椭球形,呈椭球形的程度随自旋方向而变化。激发态的能量差值也有相同形式的变化。这种机制被称为各向异性交换。
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