磁化学专题知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

磁化学Magnetochemistry主要内容主要内容第六章磁相互作用Heisenberg交换作用磁相互作用能级簇合物磁化率第八章特殊磁现象SpinFlop场诱导有序铁磁体自旋倾斜和弱铁磁性主要内容参考资料第一章磁性经典电磁理论2.Plato：(c.428-348BC)注意到磁感应现象该扭矩为矢量，方向朝向与E平面垂直方向。电极化P：单位体积诱导偶极矩i=E与对象原子或分子相关l=mvr=mr2l取值0,1,2,3n–1；ml取值l,l–1,,–l+1,–l。2.自旋角动量s二、电子磁矩mO=mO=l=金属离子总是以成键方式存在，这种内在电场会引发轨道极化，所以会影响轨道角动量。有时围绕某一轴运动被妨碍，即轨道角动量被淬灭。即晶体场中开壳层分子或离子磁矩主要起源于电子自旋，但这种淬灭通常是不彻底。当与H平行时，体系能量最低，其基态能量为E0ms=–1/2三、原子矢量模型2.原子总磁矩L开壳层原子电子数是已知，且对应于特殊量子数，所以对于这么一个自由原子来说，其基态L、S和J值是可求，并进而可求得总磁矩。Hund规则：(1)S取允许最大值(2)在满足(1)情况下L取最大值(3)不足半满壳层，其基态能级J=L–S；超过半满J=L+S求基态L、S、J步骤：建立一个与量子数l相关能级图，这么就有2l+1个能级，然后尽可能自旋平行地填充电子。4f3表2.1稀土离子性质。G*代表DeGennes因子。G=(gJ–1)2J(J+1),Gd3+G值归一化为1。J=L–S2(L)(nl)1E(S)=–J[S(S+1)–S1(S1+1)–S2(S2+1)]第八章特殊磁现象当施加外场且外场与自旋排列易轴方向平行时，外场将与交换作用竞争，造成Hex增加时TN(Hex)逐步降低现象，所以在反铁磁态(AF)和顺磁(P)态之间边界发生改变。与AF到SF不连续一级转变不一样，AF-P和SF-P转变是二级连续转变，磁化强度在穿过边界时改变是连续，在相变场下恒温磁化率仅在曲线斜率上有一点改变。假如外场垂直于自旋排列易轴方向，则在经典两个子晶格反铁磁体中，反铁磁和顺磁相分界限将是简单而连续平滑曲线，即没有spin-flop相。假如施加一个外场，则依据HamiltonianH=–2JS1S2+gBH(S1+S2)磁场对此体系能级影响很显著，当磁场到达(levelcross)Hlc=2J/gB时，能级就会有交织现象，此时铜离子能够认为在有效场Heff=0时有效自旋S=½一个体系。0Cu(NO3)22.5H2OHo为3.57T。在外场为3.57T时，其比热-温度图出现-型异常，其对应温度就是长程有序临界温度，而高温区宽大峰是短程有序结果。Heff>+0.6T或<–0.6T时，-峰就会消失，不再长程有序。这种场诱导长程有序通常发生在极低温(<2K)。如：3D磁有序比热-异常与铁磁还是反铁磁无关。而磁化率测试总是需要非零磁场，所以铁磁磁化率性质才与反铁磁磁化率不一样。铁磁磁化率随磁场大小改变而改变，所以铁磁体磁化率性质取决于怎样测量。其原因部分是外场改变了磁畴大小。同时，铁磁磁化率还取决于样品形状和尺寸、纯度(包含晶格缺点)等。顺磁体或简单反铁磁体内部场和外加场通常是一样，但铁磁体因为存在去磁效应，情况不一样。因为去磁效应存在，铁磁体净内在磁矩较大且反作用于外场，能够用样品形状依赖去磁化场描述，该场与外场起抵消作用，造成内场与外场不一样。Curie-Weiss定律=(dM/dHi)/H=0=C/(T–TC)Hi是样品内部场，取值1(平均场理论)或1.3~2(真实铁磁体)。试验测量磁化率是m，定义为m=dM/dHa，其中Ha是外场(测量场)。对顺磁体或正常反铁磁体(没有去磁效应)来说，和m是相同。对于铁磁体来说，净磁矩调整自己以屏蔽外场，所以内磁场为Hi=Ha–NM。(M是磁化强度，N是去磁因子)N取决于样品形状，在样品为无限长针状时为零，球形时为4/3。此时例：软铁磁体(没有磁滞，磁畴壁可以自由移动，样品能可逆磁化。)每个磁畴自发磁化，但因为样品分裂成大量磁畴，所以外场为零时净磁化强度为零。假如是单磁畴粒子，其经典特征是dM(T)/dHa~T(~T)图有峰值，这时因为磁畴壁跟不上交流场改变引发。在TC附近也会增大，靠近TC时到达极大值。-Fe2O3：Dzyaloshinsky发觉现象Moriya给出准确理论解释什么原因造成自旋倾斜？CoBr26D2O自旋倾斜磁体CoBr26H2O不是对称性限制机理：假如要发生自旋倾斜，单胞内磁离子之间不能有对称中心。1.自旋倾斜弱铁磁性起源于在两个子晶格上反铁磁排列自旋在数目和种类上完全相同，但不是准确反平行。4.假如多个子晶格参加，物质就不一定呈弱铁磁