从量子力学层面上认识,到大学物理层面上理解顺磁性和抗磁性

大学物理教科书中对物质磁性——顺磁性和抗磁性的机理描述不自洽.顺磁性用原子磁矩沿磁场方向的"倾倒"来解释,抗磁性用电子磁矩的"旋进"来解释.同样都是磁矩,为什么却有不同的行为呢?显然不能令人信服.本文将从量子力学角度给出两种磁性的来源,从中可以看出,顺磁和抗磁在量子力学的哈密顿量中正好是磁相互作用的展开项中的两项,这两项可以同时存在,也可以只有抗磁性,这取决于原子壳层的电子分布.在保持与量子力学一致的情况下,如何在大学物理层面上理解顺磁性和抗磁性?     

原位磁场下粉末样品的X射线衍射图谱

在X射线粉末衍射仪的样品台附近施加磁场 ,测得了在原位磁场下分别具有顺磁性、抗磁性、铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性和磁性混合物的 6个样品的X射线衍射图谱 .与无磁场时的相应衍射图谱相比较 ,这些图谱中有衍射峰消失 ,又有新的衍射峰出现 ;或是峰位置和强度发生变化 ;而且磁场方向不同时 ,衍射图谱也不一样 .产生这些现象的部分原因可能是 ,在磁场下物质内部的磁矩沿着磁场方向定向 ,粉末晶胞内产生应力 ,导致晶格歧变 (如磁致伸缩效应 )或者晶粒沿着易磁化轴方向择优取向     

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 184 0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 .1895年 ,皮埃尔·居里发表了他对三类磁性物质的实验结果 :①抗磁体的磁化率不依赖于磁场强度而且一般不依赖于温度 ;②顺磁体的磁化率不依赖于磁场强度而与绝对温度成反比 (居里定律 ) ;③铁在某一温度 (称为居里温度 )以上失去强磁性 ,从铁磁…     

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.     

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     

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。     

自制振动样品磁强计的设计与应用

一、引言自然界中任何物质都是有磁性的．磁矩表征了物质磁性的强弱,是了解物质性能最基本的参数．测量磁矩的普通方法分为三种：１．测量样品在不均匀磁场中所受的力;２．测量样品附近的磁感应;３．间接测量磁性有关的其它性能．测力法通常称为磁天平,早已在实验室中得到应用．它的灵敏度高,能测很弱的磁性物质,但是测量的磁场必预是梯度场,因此很难观察均匀场中的磁矩,也不适用于测量磁化强度对外加磁场或晶轴方向的?...     

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.     

非晶Nd-Fe薄膜的磁性

在用闪蒸法制备的非晶Nd_xFe_1-x薄膜中Nd的原子磁矩呈散铁磁性排列,其有效磁矩随Nd含量增加而减小。磁有序温度T_c的值与外场和测量方法有关,表明了具有不同磁有序温度的磁性原子团的存在。交换交互作用,而不是自发磁化强度,明显地受制备条件的影响。 关键词：     

金属铁磁性理论及其某些进展

１９２８年海森堡把铁磁物质的自发磁化归结为原子磁矩之间的直接交换作用,这是铁磁性理论发展史上的里程碑,从此揭开了铁磁性量子理论的序幕．用海森堡的理论模型不但正确地解释了物质存在铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性等实验事实,而且还进一步发展了低温自旋波理论、铁磁相变理论和铁磁共振理论．后来克喇末（Ｋｒａｍｅｒｓ）又提出（安德森进而完善）了超交换作用理论,这一理论以氧离子作媒介正确地解释了磁性氧化物所存?...     

Fe1-xPdx合金电子结构和磁性的理论研究

Fe1-xPdx合金的磁性强烈地依赖于其结构以及Pd的相对含量.从第一性原理出发，用线性缀加平面波(LAPW)方法，分别计算了x=000，025，050，075，100的情况下，面心立方(fcc)和体心立方(bcc)结构的Fe1-xPdx合金的电子结构和基态磁性.随x的增大，fcc结构的Fe1-xPdx合金的磁性从铁磁性或者反铁磁性变为亚铁磁性，再从亚铁磁性变为铁磁性和顺磁性；bcc结构的Fe1-xPdx合金从铁磁性减弱到顺磁性，预言了fcc结构的Fe1-xPdx合金可能存在亚铁磁相.并较好地解 关键词： 合金 电子结构 磁性     

磁学在高新科技中的应用

磁的普遍存在和广泛应用 现代磁学研究和应用的发展已经证明：任何物质从宏观的固体、液体和气体到微观的原子、原子核和基本粒子都具有或强或弱的磁性，任何空间从我们体内到身边、从地球到各种天体(行星和恒星)、到星际空间都存在或高或低的磁场．因而可以说，包含物质的磁性和空间的磁场是普遍存在的．一般所说的无磁性物质，实际上是弱磁性物质，而一般所说的磁性物质或称磁性材料，实际上是强磁性物质．     

Al掺杂6H-SiC的磁性研究与理论计算

d~0铁磁性SiC被认为是自旋电子学领域的关键材料之一,受到广泛关注.本文采用氩气气氛保护的共烧掺杂方法制备具有d~0铁磁性的Al掺杂6H-SiC粉体.氩气气氛能有效抑制SiC在高温下的分解,保护Al的有效掺入.所制备的粉体磁滞回线明显,矫顽力大,饱和磁矩达到0.07 emu/g.随着煅烧温度的升高,粉体从原来的抗磁性逐渐转变为铁磁性,当温度进一步升高至2200℃以上时,粉体重新表现为抗磁性.采用第一性原理计算了其磁性的来源,并分析其净自旋在正空间中的分布情况.计算表明,Al原子与空位的共同作用产生了1.0μB的局域磁矩,且其在c轴方向具有较稳定磁耦合作用.Al掺杂6H-SiC粉体的磁性主要来自于C原子的p轨道电子.     

二维带电自旋-1/2费米气体的磁性质

通过引入描述电荷-磁场和自旋-磁场相互作用竞争关系的自旋因子,研究了磁场和简谐势阱双重约束的二维带电自旋-1/2费米气体的磁性质.结果表明,当自旋因子很小时,系统显示出抗磁性,随着自旋因子的进一步增大,系统逐渐转变为顺磁性.自旋因子的临界值将磁化强度划分为抗磁性区和顺磁性区,临界值随磁场和温度的增大仅发生微小的改变.     

软x射线磁性圆二色吸收谱研究铁单晶薄膜的面内磁各向异性

利用软x射线磁性圆二色(XMCD)吸收谱测得Fe/MgO膜不同磁化方向的轨道磁矩和自旋磁矩.实 验表明，沿铁单晶薄膜的不同方向，铁原子轨道磁矩的改变量达到600%以上，而自旋磁矩的 变化约50%，但原子的总磁矩没有如此大的改变.结合常规方法分析了铁薄膜的宏观磁各向异 性性质，半定量地获得磁矩与宏观各向异性能的关系，并对样品的磁矩和磁各向异性能进行 了比较. 关键词： x射线磁性圆二色 磁各向异性 磁性薄膜     

高温超导体Tl_2Ba_2Ca_2Cu_3O_y磁性质研究

测量了高温超导体 Tl_2Ba_2Ca_3Cu_3O_y 多晶样品的磁化强度与温度及磁场的关系。发现至少在90K 到200K 的温区样品有顺磁性.顺磁磁化率为10~(-4)量级,并随温度和磁场增加而缓慢减小.样品在116K 左右以下温度出现抗磁性,它随温度和磁场而变化的速度大大超过顺磁性.这两种磁性可以共存,但在2Tesla 以上磁场中,由于两种磁性的大小可相比拟导致样品磁性质的不稳定.由实验结果得到了 H_(c2)(0).讨论了顺磁性的来源以及在 TlBaCaCuO高温超导体中引进磁性杂质作为磁通钉扎中心以提高临界电流的可能性.     

弱磁场下三阱光学超晶格中自旋为1的超冷原子特性研究

双阱光学超晶格中的超冷原子是近期冷原子物理领域的研究热点. 本文推广提出了实现三阱光学超晶格的方案, 并采用精确对角化的方法分别研究了弱磁场下对称三阱 光学超晶格中铁磁性和反铁磁性的自旋为1的原子系统的基态, 发现二者的相图很不相同: 反铁磁性原子对应的相图中没有沿磁场方向总自旋磁量子数为±2的基态, 而铁磁性原子对应的相图中可能有. 在负的二次塞曼能量区域, 铁磁性原子的相图中只有完全极化态. 分析了可控参数影响基态的物理本质. 由于这些量子自旋态可以通过调节外磁场和光势垒的高度非常简便而精确地控制, 适合用来研究自旋纠缠. 关键词： 三阱光学超晶格 自旋为1的原子 弱磁场     

新型钙钛矿铜氧材料Sr8CaR3Cu4O24的亚铁磁和轨道有序性质

用密度泛函理论和格林函数方法研究了新型钙钛矿铜氧材料Sr8CaRe3Cu4O24的电子结构和磁性性质.所得结果与实验符合得很好,表明这种材料是绝缘体,每个元胞有1.0μB的磁矩.磁矩主要在Cu原子上,相邻Cu原子上的磁矩反平行排列.非磁的Re原子使得Cu上的d轨道有序排列,这导致这种材料有很高的居里温度（≈440K）.基于密度泛函的结果,用海森伯模型描述了材料的电子自旋自由度,并用格林函数方法研究了材料有限温度下的磁性行为,所得结果和实验一致,表明自旋为1和自旋为1/2磁矩交错排列的海森伯模型可很好地描述这种材料的磁性性质.     

新型钙钛矿铜氧材料Sr8 CaRe3 Cu4 O24的亚铁磁和轨道有序性质

用密度泛函理论和格林函数方法研究了新型钙钛矿铜氧材料Sr8CaRe3Cu44O24的电子结构和磁性性质.所得结果与实验符合得很好,表明这种材料是绝缘体,每个元胞有1.0μB的磁矩.磁矩主要在Cu原子上,相邻Cu原子上的磁矩反平行排列.非磁的Re原子使得Cu上的d轨道有序排列,这导致这种材料有很高的居里温度(TC≈440K).基于密度泛函的结果,用海森伯模型描述了材料的电子自旋自由度,并用格林函数方法研究了材料有限温度下的磁性行为,所得结果和实验一致,表明自旋为1和自旋为1/2磁矩交错排列的海森伯模型可很好地描述这种材料的磁性性质.     

磁性测量讲座 第二讲 研究磁结构的实验方法(I)

物质的宏观磁性来源于物质内部的磁结构,例如铁磁物质的磁化过程,就是磁畴的取向和尺寸变化的宏观反映．物质由顺磁到铁磁或反铁磁的转变是原子磁矩由无序转变为某种形式的有序结构的结果．因此,为了研究物质宏观磁性的来源,探求它的物理本质,人们总希望侥“看“到物质内部的结构──晶体结构和磁结构,从而找出宏观性质与微观结构之间的联系．在物质磁性的研究深入到微观领域的今天,用实验方法研究物质的磁结构显得格外?...