物质的磁性

1两种假说 a.库仑的"元磁体"假说库仑认为物质是由无数个微小的"元磁体"组成的,每个"元磁体"都有一个N极和S极.物质的磁性是由于元磁体有规则排列的结果.磁性物质内部无数"元磁体"的N极和S极彼此首尾相接,致使物质内部的各元磁体的磁极所显示的磁性彼此抵消,而使磁性物质两端显示极性.非磁性物质是因为组成物质的无数元磁体排列是杂乱无章的,不仅在中央部分它们的磁极作用相互抵消,而且在物体的两端各元磁体的磁极作用也彼此抵消了.由于磁极间的作用与正负电荷间的作用相似,人们认为磁性物质磁极中含有磁荷,N极上有正磁荷,S极上有负磁荷,同号磁荷相互排斥,异号荷核相互吸引.一个正磁荷与一个负磁荷构成一个磁偶极子,从而形成了"磁荷观".     

大脑中的磁性物质

很多生物体内存在磁铁矿粒子,人类大脑中同样存在磁性物质,并且测量结果表明,无论是成人还是胎儿,大脑的海马部位都表现出较明显的磁性,其他测量部位没有表现出超出仪器灵敏度的明显的磁性. 这种生物体内磁性矿物可以作为“磁接收器”载体,并与生物的运动和记忆有着密切的关系.     

大脑中的磁性物质

很多生物体内存在磁铁矿粒子,人类大脑中同样存在磁性物质,并且测量结果表明,无论是成人还是胎儿,大脑的海马部位都表现出较明显的磁性,其他测量部位没有表现出超出仪器灵敏度的明显的磁性.这种生物体内磁性矿物可以作为磁接收器载体,并与生物的运动和记忆有着密切的关系.     

家鸽头部的磁性物质

磁铁矿可以在很多生物组织中被发现,国外研究者同样在家鸽上喙皮肤组织中发现了规则分布的超顺磁磁铁矿颗粒。他们应用透射电子显微镜确认了这些小磁铁矿晶体为尺寸在1—5 nm的聚集体,集中存在于皮下组织中。这些超顺磁粒子聚集体又形成直径为1—3μm的粒子束,分布在大细胞之间的长形结构中,并且与神经组织紧密相连。应用光学显微镜和电子显微镜,国外研究者也对家鸽上喙传入三叉神经末梢的次细胞组织进行了研究。这些神经末梢组织直径大约5μm,内部包含着聚集成束的超顺磁磁铁矿颗粒。大约10到15个粒子束存在于一个神经末梢中,沿着细胞膜排列。每一个超顺磁粒子束包埋在一个纤维杯中,口朝向细胞表面,通过纤维组织,这些粒子束粘附在细胞表面上。除了超顺磁颗粒,非晶态铁磷酸盐也被发现,它们沿着神经末梢的纤维中心分布。解剖特征表明,这些神经末端可以探测很小的地磁场强度的变化,考虑到以超顺磁磁铁矿颗粒为基础的"磁接收器"理论,他们还给出了几个"磁接收器"的模型。     

家鸽头部的磁性物质

磁铁矿可以在很多生物组织中被发现,国外研究者同样在家鸽上喙皮肤组织中发现了规则分布的超顺磁磁铁矿颗粒。他们应用透射电子显微镜确认了这些小磁铁矿晶体为尺寸在1—5 nm 的聚集体,集中存在于皮下组织中。这些超顺磁粒子聚集体又形成直径为1—3 μm的粒子束,分布在大细胞之间的长形结构中,并且与神经组织紧密相连。应用光学显微镜和电子显微镜,国外研究者也对家鸽上喙传入三叉神经末梢的次细胞组织进行了研究。这些神经末梢组织直径大约5 μm,内部包含着聚集成束的超顺磁磁铁矿颗粒。大约10到15个粒子束存在于一个神经末梢中,沿着细胞膜排列。每一个超顺磁粒子束包埋在一个纤维杯中,口朝向细胞表面,通过纤维组织,这些粒子束粘附在细胞表面上。除了超顺磁颗粒,非晶态铁磷酸盐也被发现,它们沿着神经末梢的纤维中心分布。解剖特征表明,这些神经末端可以探测很小的地磁场强度的变化,考虑到以超顺磁磁铁矿颗粒为基础的“磁接收器”理论,他们还给出了几个“磁接收器”的模型。     

各向同性铁磁物质之磁性

用冲击法量属於正方晶系之铁钴及镍钴合金并纯钴之多结晶体之磁化曲线与Gans氏各向同性铁磁物质磁性之理论相较知在强磁场时理论与实验之契合甚佳在弱磁场时则较差,弱磁场时之差异,可以Gans氏计算时略去磁化各元晶体於其易磁化方向至饱和度所需之自由能一点解释之改正此点后理论与实验之契合大体改善在数种合金且极佳。纯钴之磁化强度在各磁场下较之前人所得者均小,惟与理论之契合则较佳:此与前人不同之点既不能归诸本实验之误差,则此较少被注意之钴实需要更进一步之研究     

磁性物质中冷无序能的作用

在研究物质的磁性时,考虑了电子之间的正交换能(A1>0,导致电子自旋平行排列)和负交换能(A2<0,导致电子自旋反平行排列)两项各自的物理作用,不是简单地只以它们的代数和为判据.提出冷无序能的概念:当A1>|A2|(A=A1-|A2|>0)时,A1为有序能,A2为冷无序能;当A1<|A2|(A<0)时,A2为有序能,A1为冷无序能.物质的磁性决定于热运动能、有序能以及冷无序能之间的竞争.考虑了冷无序能导致“冷无序”的物理功能,将冷无序能变换为等效温度,在统计物理的框架内处理了铁磁性、反铁磁性转变和自旋玻璃冻结问题.A2=0的体系具有Weiss铁磁性,|A2|A1=1的体系表现自旋玻璃磁性,1>|A2|A1>0的体系同时具有铁磁性和自旋玻璃磁性,1>A1|A2|>0的体系同时具有反铁磁性和自旋玻璃磁性. 关键词： 交换能 冷无序能 铁磁性 反铁磁性 自旋玻璃     

极端条件下物质磁性的原位测量

温度和压力均是决定物质存在状态的基本热力学要素.低温和高压是现代科学实验最重要的极端条件,为物理、化学、材料和生物等多学科研究提供了新途径,对于发现和认识新现象、揭示新规律具有重要作用.极端条件下物质的磁性研究是极端条件研究的重要分支,不仅给出了物质在极端条件下的磁性变化,而且是研究高温超导体的重要手段.本文阐述了高压下物质磁化率和超导转变温度测量的原理和方法,并简要介绍了设计、搭建的低温高压下物质磁性原位测量系统.利用此系统测量了铁在高压下的磁性转变以及钇钡铜氧样品在高压下的超导转变温度.     

磁性物质家族新成员—铑原子簇

铑原子簇是新发现的磁性物质家庭新成员，文章对其目前的实验和理论研究进展作了简要介绍。     

磁性物质交换Hamiltonian中两项的竞争

对于一个N电子体系, 正确的交换Hamilton应该由两项组成，为H_ex=-2A1ii·s_j-2A₂ii·sj，而不是以往的铁磁学理论使用的H_ex=-2Aii ·s_j （其中A为A₁与A₂的代数和， A₁>0, A₂<0）, 以往的理论使用了一个不合理的交换Hamiltonian量.-2A₁ii·s_j与-2A₂ii< /sub>·s_j在数学上是同类项，但是在物理上不是 同类项，它们有不同的本征态和本征值.根据量子力学中的态叠加原理，这个电子系统的本 征态矢为X〉=1A²₁+A²₂(A₁ 1〉+A₂‖2〉),其中Dirac符号1〉表示系统所有电子 的自旋平行排列时的态（简称平行自旋态）矢量，2〉表示系统所有电子或最近邻电子的自 旋反平行排列时的态（简称反平行自旋态）矢量，H_ex的本征值（即系统的 交换能） 为E=-Nz（A₁-A₂）-2NzA₂²A₁ +A₂=-Nz（A₂-A₁）-2NzA²₁A< sub>1+A₂,其中z为最近邻电子数.当A₂=0时，X〉=1〉，E =-A₁, 系统具有Wei ss 铁磁性；当A₁ =0 时，X〉=2〉，E =-A₂，系统具有Neel 反铁磁性；当A₁ =A₂（即A=0）时，X〉=12 (1〉+2〉)，E=-A₁，系统处于自旋玻璃（spin glass）态；当A₁>A ₂时，X〉=1A²₁+A²₂［(A₁-A₂)1〉+A₂(1〉+2〉)］,平行自旋态与自旋 玻璃态共存；当A₁2时，X〉=1A²₁+A2₂［(A₂-A₁)2〉+A₁( 1〉+2〉)］，反平行自旋态与自旋玻 璃态共存.与原来理论中的Weiss铁磁态或Neel反铁磁态相比，平行自旋态与自旋玻璃态共存 或反平行自旋态与自旋玻璃态共存使系统的交换能降低.自旋玻璃态中电子自旋之间取向的 随机性或无序性是由交换Hamiltonian中-2A₁iis_j与-2A₂ii·s_j之间的竞争引起的，不是热运 动引起的. 关键词： 交换哈密顿量 铁磁态 反铁磁态 自旋玻璃态     

磁性物质的热力学系统和对气候的影响

本文首先对单组分或组成不变的多组分系统给出磁场下的热力学系统的基本方程, 导出熵为温度和磁场强度的函数 的微分方程 并进一步证明顺磁性物质等温可逆放热,即 ,会导致系统磁场增高.根据宏观热力学理论这一结论,则磁铁矿的存在会导致地区气候温和宜人.     

关于磁性物质的自旋位形的某些问题

本文用Lyons-Kaplan的方法,讨论了具有一种磁性离子组成的布拉维点阵的自旋位形在外磁场作用下的变化及磁晶各向异性时它的影响。存在有一个反铁磁-铁磁性结构转变的临界磁场,外磁场大于临界磁场时一切反铁磁结构都消失。磁场(小于临界磁场)和各向异性都使自旋位形的简并部分消失。最后还讨论了所得到的自旋位形的稳定性。     

磁性物质的热力学系统和对气候的影响

本文首先对单组分或组成不变的多组分系统给出磁场下的热力学系统的基本方程,导出熵为温度和磁场强度的函数S(T,H)的微分方程TdS=C_H_HT+μVT((aM)/(aT))_H dH并进一步证明顺磁性物质等温可逆放热,即Q<0,会导致系统磁场增高.根据宏观热力学理论这一结论,则磁铁矿的存在会导致地区气候温和宜人.     

磁性薄膜的晶格结构和磁性

采用Monte-Carlo模拟方法对六边形、正方形和三角形晶格结构磁性薄膜的磁学特性及磁畴结构进行了模拟,结果表明,磁性薄膜的磁性特征及其磁相变温度和薄膜结构密切相关并存在临界膜厚,当薄膜厚度大于临界膜厚时薄膜磁性特征稳定.在低温区,不同结构磁性薄膜的磁滞回线均出现台阶现象,结果同相关实验一致.     

微晶的磁性

在穆斯堡尔谱学的实验结果基础上讨论了微晶的磁性。微晶的尺寸小于10um时,穆斯堡尔谱将受到磁化方向起伏,即超顺磁弛豫与集体磁激发的影响。这些效应可用来确定颗粒体积与磁各向异性常数二者之积。测量铁磁、亚铁磁颗粒穆斯堡尔谱随外磁场的变化可以确定颗粒的体积。当铁、钴、镍以及Fe_3O_4颗粒表面化学吸附不同的分子时,微晶的磁晶各向异性常数将随之改变。细颗粒的穆斯堡尔谱亦给出了表面层原子磁性的信息。α-Fe颗粒表面层原子的超精细场大于块状样品的值。FeCo合金颗粒的表面是富铁层。α-Fe_2O_3的Morin转变温度与Fe_3O_4的Verwey温度均发现随颗粒尺寸减小而降低。α-FeOOH微晶密堆积体的研究表明,这些微晶间的磁耦合显著地影响穆斯堡尔谱。     

微晶的磁性

在穆斯堡尔谱学的实验结果基础上讨论了微晶的磁性。微晶的尺寸小于10um时,穆斯堡尔谱将受到磁化方向起伏,即超顺磁弛豫与集体磁激发的影响。这些效应可用来确定颗粒体积与磁各向异性常数二者之积。测量铁磁、亚铁磁颗粒穆斯堡尔谱随外磁场的变化可以确定颗粒的体积。当铁、钴、镍以及Fe_3O_4颗粒表面化学吸附不同的分子时,微晶的磁晶各向异性常数将随之改变。细颗粒的穆斯堡尔谱亦给出了表面层原子磁性的信息。α-Fe颗粒表面层原子的超精细场大于块状样品的值。FeCo合金颗粒的表面是富铁层。α-Fe_2O_3的Morin转变温度与Fe_3O_4的Verwey温度均发现随颗粒尺寸减小而降低。α-FeOOH微晶密堆积体的研究表明,这些微晶间的磁耦合显著地影响穆斯堡尔谱。     

磁性液体中非磁性小球与磁性纳米颗粒的相互作用及磁组装

利用磁性液体与聚苯乙烯小球溶液混合得到的复合磁性液体, 研究了聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒在外加磁场作用下的动力学过程. 实验结果表明, 当外加磁场的方向平行于样品平面时, 聚苯乙烯小球在沿着磁场的方向上表现出相互吸引而形成链状结构, 其动力学过程可分为聚苯乙烯小球被反磁化产生相互吸引而形成短链的快过程以及短链间相互吸引形成长链的慢过程; 当外加磁场的方向垂直于样品平面时, 相邻聚苯乙烯小球表现出排斥的相互作用而形成短程有序的二维结构, 当磁场强度增加到一定的阈值时, 聚苯乙烯小球和磁性纳米颗粒形成的团簇会产生相互吸引而组装成复合式的花瓣结构. 关键词： 磁性液体 磁组装 非磁性颗粒     

磁性斯格明子:拓扑磁性的展现

磁性斯格明子是一种具有准粒子特性并且受拓扑保护的自旋结构。目前,磁性斯格明子已经在许多空间对称性破缺的磁性体系中被观测到。磁性斯格明子的拓扑性质可以通过拓扑霍尔效应、拓扑自旋动力学性质、拓扑湮灭等现象得到揭示。磁性斯格明子和电流之间极为有效的相互作用,使得磁性斯格明子非常有希望在自旋电子学相关领域得到应用。