磁晶各向异性的起源

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< cos20 >= 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（1-3cos2 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，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。