邮票上的物理学史(○69)--凝聚态物理学

磁学是凝聚态物理学的一个重要分支学科,研究宏观物质的磁性及其应用.宏观物质的磁性来自原子磁矩,即原子中各个电子的轨道磁矩和自旋磁矩的矢量和.法拉第于1840年前后对物质的磁性进行了系统的观察和测量,发现物质的磁性分为三大类:抗磁性、顺磁性和铁磁性.此后近百年都保持了这样的看法.     

Nd2Fe14B的价电子结构分析和磁性计算

应用固体与分子经验电子理论计算了Nd2Fe14B的价电子结构、磁矩和居里温度,计算结果与实验值相符.计算表明:该合金的磁性与3d磁电子数成正比.从Fe(c)晶位到Fe(k2)晶位磁矩增加,其机理源于价电子、哑对电子和3d磁电子之间的转化,有78%的哑对电子和18%的3d共价电子转化成了磁电子.居里温度和磁矩与Fe原子配位数成正比,与加权等同键数Iσ成反比,Nd原子和B原子通过调节原子间键距影响Nd2Fe14B合金的居里温度.     

Sm1－xGdxA12低温下的磁性

分别测量了Sm1-xGdxAl2在低温下不同外加磁场时的电阻和磁化率.实验 结果表明，铁磁性物质Sm1-xGdxAl2在居里温度以下时，自旋磁矩和轨 道磁矩反平行有序排列，且对温度的依赖关系不同，导致在磁性抵消点出现自旋铁磁有序而 总磁矩为零的磁现象.并发现外加强磁场时自旋 轨道发生翻转. 关键词： Sm1-xGdxAl2 铁磁有序 自旋磁矩 轨道磁矩     

Gd2Co2Al电子结构和磁性的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域自旋密度近似(LSDA)和LSDA+U(在位库仑能)近似下,采用FPLAPW密度泛函能带计算方法研究了Gd2Co2Al的电子结构和磁性.从平均场近似出发,估算了体系的居里温度,并分析了导致体系居里温度偏低的原因.研究结果显示Gd2Co2Al为金属导体,其强的铁磁性的提供者主要是Gd,且Co的局域铁磁性是不稳定的.基于LSDA近似的计算表明Gd2Co2Al呈现亚铁磁性,因为Co与Gd两者磁矩反平行排列.考虑在位库仑能修正的LSDA+U方法则发现一个适当的在位库仑能(U=3.0eV)使体系从亚铁磁态转变为铁磁态,此时Co原子磁矩基本为零与实验结果更为相符.在位库仑能的变化对Co原子磁矩以及磁性原子的能级分布影响较大,但对Gd的磁性基本无影响.由于体系5d-3d态杂化和在位库仑排斥作用竞争使得Co原子磁矩呈现出波动性的特性.     

稀土化合物Pr3Co的低温磁性研究

我们报告稀土化合物Pr3Co在低温下的磁化强度和磁化率随温度变化的曲线以及在不同温度下样品的磁化情况.在低温下,磁化强度随磁场强度的变化关系曲线为回线,在高温时为直线.我们还估出了磁化过程中磁性转变(即磁矩变化)的大小.     

Nd2Fe14B的价电子结构分析和磁性计算

应用固体与分子经验电子理论计算了Nd₂Fe₁₄B的价电子结构、磁矩和居里温度,计算结果与实验值相符.计算表明:该合金的磁性与3d磁电子数成正比.从Fe(c)晶位到Fe(k₂)晶位磁矩增加,其机理源于价电子、哑对电子和3d磁电子之间的转化,有78%的哑对电子和18%的3d共价电子转化成了磁电子.居里温度和磁矩与Fe原子配位数成正比,与加权等同键数I^σ成反比,Nd原子 关键词： 2Fe₁₄B')" href="#">Nd₂Fe₁₄B 价电子结构 居里温度     

Cu含量对Ni_(55)Fe_(18)Ga_(27)合金结构和磁性的影响

系统研究了Cu分别替代Fe和Ni对Ni_(55)Fe_(18)Ga_(27)结构和磁性的影响.结果表明:熔炼Ni_(55)Fe_(18-x)Cu_(x )Ga_(27)(x=1,2,3,4)虽仍为奥氏体相结构,但伴有γ相出现;居里温度随Cu含量增加而降低,这是由于Cu掺杂引起过渡金属近邻原子间相互交换作用减弱所致;交流磁化率随Cu含量增加而降低,原因在于Fe是磁性的主要贡献者,Cu替代Fe会削弱Fe的磁矩,从而导致合金磁性降低.熔炼、退火和甩带Ni_(51)Cu_4Fe_(18)Ga_(27)均存在马氏体相变.熔炼样品马氏体相变温度最高,退火和甩带样品基本相同.这一特点表明热处理方式能够改变原子排列的有序度,因此可以通过改变热处理方式来调控马氏体相变温度.     

Cu含量对Ni_(55)Fe_(18)Ga_(27)合金结构和磁性的影响

系统研究了Cu分别替代Fe和Ni对Ni_(55)Fe_(18)Ga_(27)结构和磁性的影响.结果表明:熔炼Ni_(55)Fe_(18-x)Cu_(x )Ga_(27)(x=1,2,3,4)虽仍为奥氏体相结构,但伴有γ相出现;居里温度随Cu含量增加而降低,这是由于Cu掺杂引起过渡金属近邻原子间相互交换作用减弱所致;交流磁化率随Cu含量增加而降低,原因在于Fe是磁性的主要贡献者,Cu替代Fe会削弱Fe的磁矩,从而导致合金磁性降低.熔炼、退火和甩带Ni_(51)Cu_4Fe_(18)Ga_(27)均存在马氏体相变.熔炼样品马氏体相变温度最高,退火和甩带样品基本相同.这一特点表明热处理方式能够改变原子排列的有序度,因此可以通过改变热处理方式来调控马氏体相变温度.     

Cu含量对Ni_(55)Fe_(18)Ga_(27)合金结构和磁性的影响

系统研究了Cu分别替代Fe和Ni对Ni_(55)Fe_(18)Ga_(27)结构和磁性的影响.结果表明:熔炼Ni_(55)Fe_(18-x)Cu_xGa_(27 )(x=1, 2, 3, 4)虽仍为奥氏体相结构,但伴有γ相出现;居里温度随Cu含量增加而降低,这是由于Cu掺杂引起过渡金属近邻原子间相互交换作用减弱所致;交流磁化率随Cu含量增加而降低,原因在于Fe是磁性的主要贡献者,Cu替代Fe会削弱Fe的磁矩,从而导致合金磁性降低.熔炼、退火和甩带Ni_(51)Cu_4Fe_(18)Ga_(27)均存在马氏体相变.熔炼样品马氏体相变温度最高,退火和甩带样品基本相同.这一特点表明热处理方式能够改变原子排列的有序度,因此可以通过改变热处理方式来调控马氏体相变温度.     

Mn5Ge2.7M0.3 (M=Ga，Al，Sn) 化合物的磁性和磁熵变

研究了Mn₅Ge_2.7M_0.3(M=Ga，Al，Sn)化合物的磁性和磁熵变. x射线衍射实验表明，研究的化合物均呈六角Mn₅Si₃型结构. 三种原子对Ge原子的替代，使得平均Mn原子磁矩下降，但居里温度没有明显的变化. 由于磁矩的降低，导致磁熵变值的下降，在磁场变化为4.0×10⁶A·m^-1时，对应于M=Ga，Al和Sn的样品，最大磁熵变值ΔS^max_Ｍ分别为6.1，6.3和5.3J·kg^-1K^-1，但磁熵变峰值的半高宽ΔＴ_ＦＷＨＭ有所增加. 另外，Mn₅Ge_2.7M_0.3(M=Ga，Al，Sn)化合物在高于居里温度的Arrott曲线上出现了一个不连续点，即样品在一定温度下的顺磁磁化率在某一临界磁场下发生了突变，临界磁场与温度几乎呈正比关系.这可能是由于样品在加一定磁场时3d带的费米能级发生了变化，使得有效电子数的减少所致. 关键词： 居里温度 平均Mn原子磁矩 磁熵变 Arrott图     

单晶Nd3Co的低温压力效应研究

本文测量了沿Nd3Co单晶b轴在不同压力下电阻率随温度的变化,并对Nd3Co的居里温度和磁性转变场随压力的变化规律进行了研究.结果表明:随着压力的增大,样品剩余电阻率逐渐减小,居里温度平均每GPa 升高2.1 K,磁性转变场平均每GPa增大0.9 T.通过对结果的分析,可以认为压力增大使样品中原子间距变小,晶粒间的连接更加紧密,导致电阻率减小;原子间距变小,4f电子和传导电子间的关联增强,导致样品中Nd离子磁矩的转向变得困难,从而磁性转变场增大.     

Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性

利用实验测量和理论计算相结合的方法,研究了介于B2结构CoFe低有序合金和L2₁结构Co₂FeSi高有序合金之间的Co₅₀Fe_50-xSi_x合金的结构相变、磁相变、分子磁矩和居里温度.采用考虑Coulomb相互作用的广义梯度近似(GGA+U)方法计算了合金的能带结构.研究发现,合金出现较强的原子有序倾向,表现出较强的共价成相作用.合金的晶格常数、磁矩、居里温度随Si含量的增加而线性地降低,极限成分Co₂FeSi合金的分子磁矩和居里温度分别达到5.92μ_B和777 ℃.原子尺寸效应导致合金晶格发生变化,但并未成为居里温度和分子磁矩变化的主导因素.分子磁矩的变化符合Slater-Pauling原理,但发现原子磁矩的变化并非线性,据此提出了共价成相对磁性影响的观点.采用Stearns理论解释了居里温度的变化趋势,排除了原子间距对居里温度的主导影响作用.能带计算的结果还表明,Co₂FeSi作为半金属材料并非十分完美,可能在实际应用中会出现自旋极化率降低的问题.发现该系列合金的结构相变和磁相变随着成分的变化聚集在窄小的成分和温度范围内. 关键词： 磁性 Heusler合金 结构相变     

YTi（Fe1—xNix）11的晶体结构和内禀磁性

当x<0.7时,YTi(Fe_(1-x)Ni_x)_(11)可形成单相的ThMn_(12)型四方结构,空间群14/mmm。本文研究了以Ni原子代换Fe原子时,对饱和磁矩、磁晶各向异性和居里温度的影响。通过代换研究,并讨论了Fe原子和Ni原子在稀土化合物中所表现的两种不同的特性。稀土-铁(R-Fe)金属间化合物的磁性依赖于Fe-Fe近邻原子的间距和数目;而R-Ni金属间化合物的磁性取决于稀土金属传导电子对Ni的3d能带的影响。为进一步确证这两种原子在稀土化合物中的不同特点,对YTi(Fe_(1-x)Ni_x)_(11)的热膨胀反常行为进行了研究,并用交换作用与原子间距的依赖关系解释了所观测到的反常热膨胀。     

YTi(Fe1-xNix)11的晶体结构和内禀磁性

当x<0.7时,YTi(Fe_1-xNi_x)₁₁可形成单相的ThMn₁₂型四方结构,空间群14/mmm。本文研究了以Ni原子代换Fe原子时,对饱和磁矩、磁晶各向异性和居里温度的影响。通过代换研究,并讨论了Fe原子和Ni原子在稀土化合物中所表现的两种不同的特性。稀土-铁(R-Fe)金属间化合物的磁性依赖于Fe-Fe近邻原子的间距和数目;而R-Ni金属间化合物的磁性取决于稀土金属传导电子对Ni的3d能带的影响。为进一步确证这 关键词：     

La0.7-x(Sm,Er,Dy)xSr0.3MnO3体系的相分离和渗流相变

通过M-T曲线、M—H曲线、ESR曲线研究了La0.7-x(Sm,Er,Dy)xSr0．3MnO3体系的磁相变．从ESR信号显示,对Er和Dy掺杂在居里温度以上,顺磁相中分离出铁磁团簇,随温度降低呈现渗流相变．稀土锰氧化物的居里温度、宏观磁性和微观磁性不仅取决于A位稀土离子掺杂引起晶格的畸变,而且取决于A位离子掺杂引起的额外磁矩．     

问题解答

问:反磁体是否是抗磁体?或者是磁绝缘体?或者磁对它只是沒有任何影响? 答:一般来说,抗磁性显著的物质(即起主要作用)叫抗磁体,或叫做逆磁体或反磁体。所谓抗磁性就是当加上磁场后,这类物质的磁矩取向正好和外加磁场的方向相反,也就是说,它的磁化率是负的。如果抗磁体处于非均匀磁场内,例如放在电磁铁磁极间,则它会向着磁场最弱处移动,这是因为该物质受到了由于磁场不均匀性而产生的力作用的缘故。     

重电子金属CeCu5.8 M0.2(M=Ni,Zn,Cd) 低温物性的比较

研究了不同元素等量掺杂下重电子金属CeCu5.8M0.2(M=Ni,Zn,Cd)低温电阻、比热容和磁化率随温度的变化关系.分析讨论了掺杂元素M(M=Ni,Zn,Cd)的磁性、价态及原子尺寸对近藤温度Tk、相干温度(即电阻极大值的温度TRmax)、每个Ce离子在较高温度时的平均磁矩μB以及在温度降低时被传导电子自旋屏蔽过程的影响.     

顺磁共振波谱仪

一、顺磁共振现象运动着的电子具有磁矩。对于原子来说,它的磁矩等于电子的自旋磁矩和轨道磁矩的矢量和。如果原子中的所有电子的磁矩总和不等于零时,那末这种原子就具有顺磁性质。考虑最简单的顺磁物质。它含有未偶电子,当它没有受到外磁場作用时,未偶电子的磁矩的取向是混乱的,因此整个样品的总矩被平均掉了;宏观上看不出它有磁性。如果样品处于     

Co50Fe50-xSix合金的结构相变和磁性

利用实验测量和理论计算相结合的方法,研究了介于B2结构CoFe低有序合金和L21结构Co2FeSi高有序合金之间的Co50Fe50-xSix合金的结构相变、磁相变、分子磁矩和居里温度.采用考虑Coulomb相互作用的广义梯度近似（GGA＋U）方法计算了合金的能带结构.研究发现,合金出现较强的原子有序倾向,表现出较强的共价成相作用.合金的晶格常数、磁矩、居里温度随Si含量的增加而线性地降低,极限成分Co2FeSi合金的分子磁矩和居里温度分别达到5.92μB和777℃.原子尺寸效应导致合金晶格发生变化,但并未成为居里温度和分子磁矩变化的主导因素.分子磁矩的变化符合Slater-Pauling原理,但发现原子磁矩的变化并非线性,据此提出了共价成相对磁性影响的观点.采用Stearns理论解释了居里温度的变化趋势,排除了原子间距对居里温度的主导影响作用.能带计算的结果还表明,Co2FeSi作为半金属材料并非十分完美,可能在实际应用中会出现自旋极化率降低的问题.发现该系列合金的结构相变和磁相变随着成分的变化聚集在窄小的成分和温度范围内.     

重电子金属CeCu5.8M0.2（M=Ni,Zn, Cd）低温物性的比较

研究了不同元素等量掺杂下重电子金属CeCu_5.8M_0.2(M=Ni，Zn，Cd)低温电阻、比热容和磁化率随温度的变化关系.分析讨论了掺杂元素M(M=Ni，Zn，Cd)的磁性、价态及原子尺寸对近藤温度T_K、相干温度（即电阻极大值的温度Ｔ^R_max）、每个Ce离子在较高温度时的平均磁矩μ_Ｂ以及在温度降低时被传导电子自旋屏蔽过程的影响. 关键词： 重电子系统 低温电阻 低温比热容 磁化率