1.3宏观物质的磁性 原子、离子的磁矩(顺、抗磁) 孤 体 磁晶体结构和晶场类型(自旋、轨道贡献) 配丘 性 相邻原子、电子间的相互作用(磁有序) 天联 研究凝聚态物质各种磁性表现的起因是磁性物理的主要 任务,其中强磁性物质在技术领域有着突岀作用,所以影响 强磁性物质磁性的机理是我们课程最为关注的
研究凝聚态物质各种磁性表现的起因是磁性物理的主要 任务，其中强磁性物质在技术领域有着突出作用，所以影响 强磁性物质磁性的机理是我们课程最为关注的。 1.3 宏观物质的磁性 固 体 磁 性 原子、离子的磁矩（顺、抗磁） 孤 立 晶体结构和晶场类型（自旋、轨道贡献） 配位 相邻原子、电子间的相互作用（磁有序） 关联
物质磁性的分类 为了研究物质磁性的起因,一般按其在磁场中的表现 进行分类,主要依据磁化率的正负、大小及其温度关系, 分类是否科学取决于是否反映了内在磁性机理上的不同 随着研究的深入,分类也在不断完善和细化,到上个世纪 70年代为止,在晶状固体里,共发现了五种主要类型的 磁结构物质,它们的形成机理和宏观特征各不相同,对它 们的成功解释形成了今天的磁性物理学核心内容。 上世纪70年代以后,随着非晶材料和纳米材料的兴 起,又发现了一些新的磁性类型,对它们的研究尚在深化 之中
为了研究物质磁性的起因，一般按其在磁场中的表现 进行分类， 主要依据磁化率的正负、大小及其温度关系， 分类是否科学取决于是否反映了内在磁性机理上的不同。 随着研究的深入，分类也在不断完善和细化，到上个世纪 70 年代为止，在晶状固体里，共发现了五种主要类型的 磁结构物质，它们的形成机理和宏观特征各不相同，对它 们的成功解释形成了今天的磁性物理学核心内容。 上世纪 70 年代以后，随着非晶材料和纳米材料的兴 起，又发现了一些新的磁性类型，对它们的研究尚在深化 之中。 一. 物质磁性的分类
1.抗磁性( Diamagnetism) 这是19世纪后半叶就已经发现并研究的一类弱磁性。它的 最基本特征是磁化率为负值且绝对值很小,x<0,|x<1 其磁化强度和磁场强度反向,在不均匀的磁场中被推向磁 场减小的方向,所以又称逆磁性。典型抗磁性物质的磁化率是 常数,不随温度、磁场而变化。有少数的反常。 深入研究发现,典型抗磁性是轨道电子在外磁场中受到电 磁作用而产生的,因而所有物质都具有一定的抗磁性,但只是 在构成原子(离子)或分子的磁距为零,不存在其它磁性的物 质中,才会在外磁场中显示出这种抗磁性。在外场中显示抗磁 性的物质称作抗磁性物质。除了轨道电子的抗磁性外,传导电 子也具有一定的抗磁性,并造成反常
这是19世纪后半叶就已经发现并研究的一类弱磁性。它的 最基本特征是磁化率为负值且绝对值很小，<0， <<1 其磁化强度和磁场强度反向，在不均匀的磁场中被推向磁 场减小的方向，所以又称逆磁性。典型抗磁性物质的磁化率是 常数，不随温度、磁场而变化。有少数的反常。 深入研究发现，典型抗磁性是轨道电子在外磁场中受到电 磁作用而产生的，因而所有物质都具有一定的抗磁性，但只是 在构成原子（离子）或分子的磁距为零，不存在其它磁性的物 质中， 才会在外磁场中显示出这种抗磁性。在外场中显示抗磁 性的物质称作抗磁性物质。除了轨道电子的抗磁性外，传导电 子也具有一定的抗磁性，并造成反常。 1. 抗磁性（Diamagnetism)
自然界中很多物质都是抗磁性物质:周期表中三分之一的 元素、绝大多数的有机材料和生物材料都是抗磁性物质 包括: 稀有气体:He,Ne,Ar,Kr,Xe 多数非金属和少数金属:Si,Ge,S,P,Cu,Ag,Au 不含过渡族元素的离子晶体:NaCl,KBr 不含过渡族元素的共价键化合物:H,CO2,CH4等 几乎所有的有机化合物和生物组织: 水 反常抗磁性物质:Bi,Ga,Zn,Pb,磁化率与磁场、温度有关。 广义地说,超导体也是一种抗磁性物质,x=-1,它的机理 完全不同,不在我们讨论之内
自然界中很多物质都是抗磁性物质：周期表中三分之一的 元素、绝大多数的有机材料和生物材料都是抗磁性物质。 包括： 稀有气体：He，Ne，Ar，Kr，Xe 多数非金属和少数金属：Si，Ge，S，P，Cu，Ag，Au 不含过渡族元素的离子晶体：NaCl，KBr 不含过渡族元素的共价键化合物：H2，CO2，CH4 等 几乎所有的有机化合物和生物组织： 水； 反常抗磁性物质：Bi，Ga，Zn，Pb，磁化率与磁场、温度有关。 广义地说，超导体也是一种抗磁性物质，=-1 ，它的机理 完全不同，不在我们讨论之内
见姜书p25cGS单位制克分子磁化率 体积磁化率 表13惰性气体原子的x抗值(10密度原子量×106 元素 Z 电子组态 x抗(实验) He 1.9 0.2054 0.097 Ne 2 -7.2 6.96 15120.180.43 Ar 18 194 -19.23 1.7739950.85 -28.02 Kr 28.0-29.2 30983.801.03 42.02 5p 43 44.1 3.78131.31.24 注:此表引自S.V. Vonsovskii, Magnetism(1974)。 Kite书数据(2002) 它们的电子壳层都是满壳层,所以原子磁矩为零。 在CGS单位制下,抗磁磁化率的典型值是106cm3mo1。 统一换成体积磁化率的数值,量级是106 换成SI单位制下应乘以4π,量级在105
-1.9 -7.2 -19.4 -28.0 -43 见姜书p25 CGS单位制克分子磁化率 它们的电子壳层都是满壳层，所以原子磁矩为零。 在CGS单位制下，抗磁磁化率的典型值是10 -6 cm3 ·mol -1 。 统一换成体积磁化率的数值，量级是10-6 。 换成 SI 单位制下应乘以4π，量级在10 -5 。 Kittel 书数据（2002） ρ n 0.205 4 0.097 1.51 20.18 0.43 1.77 39.95 0.85 3.09 83.80 1.03 3.78 131.3 1.24 密度 原子量 体积磁化率 ×10-6