分子场理论 ppt课件.ppt

;-83在很长一段时间内,人们只知道抗磁性、顺磁性和铁磁性的存在,是在对铁磁性的深入研究中,20世纪30~50年代,才又相继先从理论上认识到了反铁磁性和亚铁磁性的存在,并得到实验事实的证实。对它们的理论和实践研究极大地丰富了自发磁化理论,使我们对自发磁化的起因有了更加全面的认识。与铁磁性不同,反铁磁性是Neel在使用“定域分子场”概念过程中首先从理论上预言的,1936年他从理论上预言了反铁磁体结构及磁化率随温度变化的特征现象,1938年Bizette,Squire和蔡柏林等人在MnO中观察到了这一预期的现象,测出的转变温度为116K,1938年Bitter进一步发展完善了这一理论,并命名这类物质为反铁磁物质。直到1949年Shull用中子衍射方法证实了MnO具有Neel所预期的磁结构以后,反铁磁性才得到完全的肯定。正是基于“反铁磁性和亚铁磁性的基本研究和发现”Neel获得了1970年的Nobel物理学奖。这个基本事实被新近出版的一些教材所忽视,理应予以恢复。Weiss分子场理论把分子场看作是存在于铁磁物质中的均匀场,Heisenberg指出是原子间的交换作用产生了分子场,这种交换作用是短程的,只和最近邻原子有关,所以对于两种无规分布的原子A和异类原子B组成的铁磁合金来说,每种原子的环境是完全不同的,再使用统一的分子场显然是不合适的,为此,1932年Neel提出了“定域分子场”的概念,即分别作用在A和B原子上的分子场:在保留分子场理论简明性的基础上求出了AB类型合金磁化率的表达式,其系数和AB两类原子的相对数量及两种原子自身的居里常数有关。特别重要的是这里得出的曲线不再是直线,而是双曲线。其结果很好地解释了Pt-Co合金的性质,1934年Neel又用“定域分子场”模型解释了Fe-Co,Fe-Ni,Co-Ni合金的性质。完全不同于普通顺磁性的磁化率双曲线形式虽很快被实验证实,Neel的“定域分子场”理论未被当时的学术界所接受,1936年Neel执着地继续用“定域分子场”概念处理了由磁化强度分别为MA和MB的两个次点阵A和B组成的系统,并假定:他得出的结果是:两种次点阵的反平行自发磁化应在某一温度TN时消失,由此他发现了一类新的磁性物质,这类物质的特点是:近邻自旋由于交换作用而反平行排列,它们的磁矩因而相互抵消。所以它不产生自发磁化磁矩,在外磁场中只显出现很微弱的磁性(数值上类似顺磁性)。但与顺磁体不同的是自旋结构的有序化,如左下图所示。它最大特征是其磁化率温度关系有一个极大值。当施加外磁场时,由于自旋间反平行耦合的作用,正负自旋转向磁场方向的转矩很小,因而磁化率很小。随着温度升高,有序的自旋结构逐渐被破坏,磁化率增加,这与正常顺磁体的情况截然相反。然而在某个临界温度以上,自旋有序结构完全消失,变成通常的顺磁体,因而磁化率在临界温度显示出一个尖锐的极大值,这是该类物质特有的表现。1938年在MnO中发现了这样形状的磁化率温度关系,证实了Neel的推论。同年Bitter进一步发展了Neel理论,并命名这类磁性为反铁磁性。,79(1938)反铁磁体的临界温度,后来根据Gorter的建议被称为“奈耳温度”(Neeltemperature),从物理意义上理解,它和居里温度性质是一样的,都是自发磁化消失的温度,我们要注意不同文献中名称使用的****惯差别。以上参考1970年Neel的讲演:磁性和定域分子场1938年Squire,,449(1938)对于反铁磁性物质的发现,Neel自己的评价是中肯的:“从理论观点来看是很有意义的,但在实际应用中并未有特殊价值。”不过,由反铁磁性的研究引出对亚铁磁性的认识,却给磁性材料和磁性应用带来了巨大的推动作用。,这里再例举一些反铁磁金属和合金。TN-Mn-MnCr单晶Cr多晶-FeMnFe95K390312~500~心得:海森伯直接交换作用中,如果交换积分为负,相邻原子自旋磁矩就会反平行排列,但是当时并没有预计到这种反平行排列会是一种新的磁性类型,是Neel预见到了反平行排列带来了完全不同于铁磁性的性质。反铁磁自旋有序首先由Shull和Smart利用中子衍射实验在MnO上证实。MnO的晶体结构是Mn离子形成面心立方晶格,O离子位于每个Mn-Mn对之间。从中子衍射线,超过奈耳点的室温衍射图与奈耳点以下80K温度的衍射图比较,看到低于奈耳点的衍射图有额外的超点阵线,通过分析得到反铁磁的磁结构。考虑磁化强度分别为MA和MB两个次点阵A、B组成的系统,例如简立方和体心立方晶体的情形:A,B两个次晶格