最终版抗磁性和顺磁性.ppt

::Langevin经典顺磁理论Langevin模型的修正--::Pauli顺磁性和Landau抗磁性第二章抗磁性和顺磁性.,*本章开始解释物质磁性的起因,先分析两种弱磁性的起因,虽说它们的磁性很弱,不能作为磁性材料得到广泛应用,但绝大多数物质都具有弱磁性,理解它们的起因,对于我们了解物质结构,很有帮助,更是我们理解有机物和生物磁性的基础。磁学理论在固体理论中有典范意义,对于每种理论,我们都要从五个方面来理解:理论的物理图像和考虑问题的出发点;推导思路和数学依据,特别是做了些什么简化;得到的主要结论;和实验结果的比较;评述其成就和不足,思考继续改进的方向;.,*;Langevin理论物理图像:在与外磁场相反的方向诱导出磁化强度的现象称为抗磁性。它产生的机理是外磁场穿过绕原子核运动的电子轨道时,引起的电磁感应使轨道电子加速。因为轨道电子的这种加速运动所引起的磁通总是与外磁场变化相反,所以磁化率为负。显然,这种抗磁现象是普遍的、是所有物体无例外的都具有的。不过在非抗磁性物质中,它被更强的顺磁效应所掩盖了。在原子、离子或分子没有总磁矩时,才可以观察到这种抗磁现象。(Kittel把这种外磁场感生的轨道矩改变和电子自旋磁矩、轨道磁矩都作为原子磁矩的来源,见中文版p206)1905年Langevin在Lorentz经典电子论的基础上第一次对抗磁性作出了定量解释,1920年Pauli进一步精确化。.,*每个原子内有z个电子,每个电子都有自己的运动轨道,在外磁场作用下,电子轨道绕磁场H进动,进动频率为ω。称为拉莫尔进动频率。由于轨道面绕磁场H做进动,使右旋的电子运动速度有一个增量变化dv。因此带来电子轨道磁矩的增加△μ,方向与磁场H相反。如果是左旋方向的电子轨道,则进动使电子运动速度减小,从而在磁场H方向的磁矩减小,所得磁化率仍是负的。总之,由于磁场作用引起电子轨道磁矩减小,表现出抗磁性。简单说就是“感应电流的磁场与外磁场方向相反,与这个电流相联系的磁矩是抗磁性磁矩。”.,*沿磁场方向右旋(反时针)运动的轨道电子相应的在外磁场中,轨道电子将受到力矩的作用:电子轨道角动量绕磁场做右旋进动,进动产生的附加磁矩和磁场反向。做右旋进动思考!磁矩绕磁场进动,如何理解磁矩会沿磁场取向?.,*和磁场方向成左旋(顺时针方向)的电子轨道在磁场中依然是产生右旋进动,进动产生的附加磁矩依然和磁场反向。所以不管的方向如何,它们的进动方向是一致的,因此所有轨道电子所产生的进动附加角动量具有相同的方向,可以相加,即便是原子的总轨道矩为零,电子在外磁场中产生的也不为零,呈现抗磁性。.,*是轨道电子到z轴距离平方的平均值一个轨道电子相对应的附加磁矩:设每个原子有z个电子,设电子轨道球对称,是第i个电子轨道半径平方平均值故,一个原子在外磁场中产生的感生磁矩为:Langevin经典理论结论.,*求出克分子磁化率:按CGS单位制计算:近似:z个电子轨道相同按SI单位制直接计算比较复杂,姜书p28给出单位体积磁化率的近似值:可以根据换算关系()给出SI单位制下的数值计算中取单位体积的原子数.,*假定电子轨道半径为r(m)的园,磁场H(Am-1)垂直于轨道平面,根据电磁感应定律,将产生电场E(Vm-1)因而电子被磁场加速,在时间间隔Δt内速度的变化Δν由下式给出轨道绕磁场进动但不改变轨道形状,进动的角速度为运动产生的磁矩为附录:另一种推导方法:(共2页,取自物理所课件).,*对闭合壳层的情况下,电子分布在半径为a(m)的球表面,r2=x2+y2,而z轴平行于磁场。考虑到球对称,x2=y2=z2=a2/3,因而r2=x2+y2=(2/3)a2单位体积里含有N个原子,每个原子有Z个轨道电子时,磁化率为:a2是对所有轨道电子运动半径a2的平均。.,*