凝聚態(tài)磁性統(tǒng)計(jì)物理

凝聚態(tài)磁性統(tǒng)計(jì)物理》課程教學(xué)大綱課程英文名稱：CondensedmatterMagneticstatisticalphysics課程編號(hào)：0332303002課程計(jì)劃學(xué)時(shí)：48學(xué)分：3課程簡介：本課程為專業(yè)選修課.通過該課程的學(xué)習(xí),學(xué)生可以掌握磁性體的統(tǒng)計(jì)理論理論，能提高本科生分析和解決實(shí)際物理問題的能力，為磁性材料物理本科生拓寬知識(shí)面并且了解磁性理論與當(dāng)前的前沿課題，并為學(xué)生的畢業(yè)論文的寫作具有一定的幫助.也為繼續(xù)想深造的學(xué)生打好基礎(chǔ),并掌握初步的解決問題方法.讓學(xué)生掌握磁性體內(nèi)的自旋相互作用，強(qiáng)磁性體的近似理論，Ising模型，高溫展開,反鐵磁性體的近似理論,自旋波理論,格林函數(shù)的方法及理論.從而讓學(xué)生了解現(xiàn)代磁學(xué)的理論研究方法.一、課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)基本要求第一章磁性體內(nèi)的自旋相互作用本章重點(diǎn)：1） 重點(diǎn)介紹交換作用模型、超交換相互作用模型、configurationinteraction（組態(tài)相互作用）、二重交換相互作用、間接交換相互作用、自旋哈密頓量、各向異性交換作用、Dzyaloshinski-Moriya的相互作用等。2） 對(duì)各種自旋相互作用模型的聯(lián)系與區(qū)別要有透徹清晰的認(rèn)識(shí)，并且掌握相應(yīng)的哈密頓量的形式及其應(yīng)用范圍。3） 對(duì)模型的理論模擬結(jié)果用PPT講解（從而讓學(xué)生更加透徹理解模型的意義）。難點(diǎn)：交換作用模型，超交換相互作用模型、間接交換相互作用、Dzyaloshinski-Moriya的相互作用。本章學(xué)時(shí):8學(xué)時(shí)教學(xué)形式:講授教具:投影儀，黑板，粉筆第一節(jié)1.1交換相互作用；1.2原子數(shù)N=2情況，氫分子（H2）；1.3原子數(shù)N=3的情況；1.4自旋量子數(shù)S〉1的情況下的交換作用本節(jié)要求：掌握：交換相互作用（掌握理解Heisenberg模型）（考核概率50%）；原子數(shù)N=2情況，氫分子（H2）（理解單重態(tài)及三重態(tài)）（考核概率50%）；原子數(shù)N=3的情況（考核概率50%）；自旋量子數(shù)SM1的情況下的交換作用（理解S三1情況下的Heisenberg交換作用模型的哈密頓量）（考核概率50%）.1交換相互作用（考核概率50%）；原子數(shù)N=2情況，氫分子（H2）（考核概率50%）；2原子數(shù)N=3的情況（考核概率50%）；自旋量子數(shù)S〉1的情況下的交換作用（考核概率50%）.第二節(jié)1.5configurationinteraction（組態(tài)相互作用）;1.6超交換相互作用（i）;1.7超交換相互作用（ii）?本節(jié)要求：掌握：configurationinteraction（組態(tài)相互作用（考核概率50%））（理解掌握組合態(tài)的久期方程）;超交換相互作用（i）（掌握理解Anderson項(xiàng)的物理圖象,Anderson-Hasegawa項(xiàng)的物理圖象）（考核概率100%）;1.7超交換相互作用（ii）（考核概率50%）?1configurationinteraction（組態(tài)相互作用）（考核概率50%）;超交換相互作用（i）（考核概率100%）2超交換相互作用（ii）（考核概率50%）第三節(jié)1.8二重交換相互作用；1.9間接交換相互作用；1.10自旋哈密頓量本節(jié)要求：掌握：二重交換相互作用；間接交換相互作用（RKKY理論的理解）；自旋哈密頓量（理解局域電子態(tài)的體系的哈密頓量）。二重交換相互作用；間接交換相互作用（考核概率100%）自旋哈密頓量。第四節(jié)1.11各向異性交換作用（i）；1.12各向異性交換作用（i）;1.13Dzyaloshinski-Moriya的相互作用本節(jié)要求:理解:各向異性交換作用（i）（理解與晶體場有關(guān)的體系哈密頓量）;各向異性交換作用（ii）;掌握:Dzyaloshinski-Moriya的相互作用（考核概率100%）（:掌握Dzyaloshinski-Moriya的相互作用的適用范圍）。1各向異性交換作用（i）；各向異性交換作用（ii）Dzyaloshinski-Moriya的相互作用（考核概率100%）。本章小結(jié)。第二章鐵磁性體的近似理論本章重點(diǎn)：本章是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容之一,2.1到2.7是介紹鐵磁性體的Heisenberg模型是典型的多體問題，要嚴(yán)格求解期解析解是不可能的。因此采用各種近似方法,從而理解掌握各種近似方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。難點(diǎn)：Bethe-Peierls-Weiss理論、有效哈密頓量方法。本章學(xué)時(shí):6學(xué)時(shí)教學(xué)形式:講授教具:投影儀,黑板,粉筆第一節(jié)2.1分子場理論；2.2比熱,磁化率；2.3分子場理論的修正本節(jié)要求：掌握：分子場理論（考核概率50%）（理解從Heisenberg模型推導(dǎo)分子場模型的過程,并掌握怎樣的假設(shè)才能夠的分子場理論模型）；比熱,磁化率（考核概率50%）（掌握磁性物質(zhì)的比熱與磁化率的計(jì)算方法）；分子場理論的修正（理解對(duì)原先的分子場理論作了如何的改動(dòng)）分子場理論；比熱,磁化率；（重點(diǎn)、考核概率50%）；分子場理論的修正（理解）。第二節(jié)2.4Bethe-Peierls-Weiss理論；2.5Constantcoupling（常量耦合）近似本節(jié)要求：掌握：Bethe-Peierls-Weiss理論（考核概率50%）（掌握Bethe-Peierls-Weiss理論的適用范圍，并理解其理論的引入過程）；Constantcoupling（常量耦合）近似（考核概率50%）（掌握Constantcoupling（常量耦合）近似與Bethe-Peierls-Weiss理論的區(qū)別與聯(lián)系及其適用范圍）。Bethe-Peierls-Weiss理論（掌握：重點(diǎn)）（考核概率50%）。Constantcoupling（常量耦合）近似（掌握：（重點(diǎn)）（考核概率50%）。第三節(jié)2.6有效哈密密頓方法；2.7自旋對(duì)關(guān)聯(lián)函數(shù)（spinpaircorrelationfunction）本節(jié)要求：掌握理解：有效哈密密頓方法（考核概率50%）（掌握有效哈密密頓方法的適用范圍，理解與Constantcoupling（常量耦合）近似的聯(lián)系與區(qū)別）；自旋對(duì)關(guān)聯(lián)函數(shù)（考核概率50%）（理解引入關(guān)聯(lián)函數(shù)的過程，掌握其應(yīng)用）。有效哈密密頓方法（掌握理解：考核概率50%）自旋對(duì)關(guān)聯(lián)函數(shù)（掌握;考核概率50%）第二章小結(jié)。第三章Ising模型本章重點(diǎn)：1） 本章重點(diǎn)介紹的Ising模型及Ising模型在相變理論中所具有的地位、重要意義。因?yàn)槿藗儗?duì)二維Ising模型的嚴(yán)格解析解的求解對(duì)相變的認(rèn)識(shí)更加深刻。因此，研究Ising模型對(duì)相變的理解起重要的作用。三維Ising模型的嚴(yán)格解析解到目前為止公認(rèn)的還沒有得到。2） 掌握Heisenberg模型、X-Y模型、Ising模型的區(qū)別。難點(diǎn)：Ising模型；Heisenberg模型、X-Y模型、Ising模型的區(qū)別。本章學(xué)時(shí):4學(xué)時(shí)教學(xué)形式:講授教具:投影儀，黑板，粉筆第一節(jié)3.1Ising模型，二元和金，格子氣體；3.2一維Ising模型的嚴(yán)格解及二維Ising模型的嚴(yán)格解所表現(xiàn)的相變理論中的不同本節(jié)要求：理解：Ising模型，二元和金，格子氣體；一維Ising模型的嚴(yán)格解及二維Ising模型的嚴(yán)格解所表現(xiàn)的湘邊理論中的不同Ising模型，二元和金，格子氣體一維Ising模型的嚴(yán)格解及二維Ising模型的嚴(yán)格解所表現(xiàn)的相變理論中的不同第二節(jié)3.3Heisenberg模型、X-Y模型、Ising模型的區(qū)別；3.4關(guān)于Ising模型殘留的問題及求解Ising模型的方法介紹本節(jié)要求：掌握理解：Heisenberg模型、X-Y模型、Ising模型的區(qū)別（考核概率50%）;關(guān)于Ising模型殘留的問題及求解Ising模型的方法介紹1Heisenberg模型、X-Y模型、Ising模型的區(qū)別（掌握理解）（考核概率50%）2關(guān)于Ising模型殘留的問題及求解Ising模型的方法介紹（考核概率50%）第三章的小結(jié)，留思考題（即簡答題）。第四章高溫展開本章重點(diǎn)：1）本章重點(diǎn)介紹的鐵磁性體的狀態(tài)和（或者配分函數(shù)Z）高溫展開下的行為。從而了解高溫下的強(qiáng)磁性體的磁化率隨溫度的變化。2）掌握理解磁化率的級(jí)數(shù)展開下的海森伯模型、Ising模型。對(duì)criticalexponents（臨界因子）的理解難點(diǎn)：磁化率的級(jí)數(shù)展開下的海森伯模型、Ising模型；criticalexponents（臨界因子）。本章學(xué)時(shí):6學(xué)時(shí)教學(xué)形式:講授教具:投影儀，黑板，粉筆第一節(jié)4.1磁化率的級(jí)數(shù)展開下的海森伯模型；4.2磁化率的級(jí)數(shù)展開下的Ising模型本節(jié)要求：掌握：磁化率的級(jí)數(shù)展開下的海森伯模型（考核概率100%）；理解：磁化率的級(jí)數(shù)展開下的Ising模型。磁化率的級(jí)數(shù)展開下的海森伯模型（掌握）（考核概率100%）.磁化率的級(jí)數(shù)展開下的Ising模型。第二節(jié)4.3ratiomethod與Pade近似；4.4criticalexponents（臨界因子）本節(jié)要求：理解：ratiomethod與Pade近似；criticalexponents（臨界因子）ratiomethod與Pade近似criticalexponents（臨界因子）第三節(jié)第四章小結(jié)，討論、答疑本節(jié)要求：先做第四章小結(jié)，其后再做討論，并進(jìn)行答疑。第四章小結(jié)討論、答疑第五章反鐵磁性體的近似理論本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)介紹反鐵磁性體的分子場理論，反鐵磁性體的分子場理論修正，反鐵磁性體的Bethe近似，反鐵磁性體的Constantcoupling（常量耦合）近似，反鐵磁性體的磁化方向與外磁場的關(guān)系，反鐵磁性體的基態(tài)能量的上限及下限，反鐵磁性體的基態(tài)狀態(tài)的自旋多重態(tài)，反鐵磁性體的基態(tài)能量，奈爾狀態(tài)的修正，F(xiàn)isher的超交換反鐵磁性體。難點(diǎn)：反鐵磁性體的分子場理論；Fisher的超交換反鐵磁性體。本章學(xué)時(shí):8學(xué)時(shí)教學(xué)形式:講授教具:投影儀，黑板，粉筆第一節(jié)5.1反鐵磁性體晶格；5.2反鐵磁性體的分子場理論（考核概率100%）；5.3反鐵磁性體的分子場理論的修正（考核概率100%）；5.4反鐵磁性體的Bethe近似本節(jié)要求：掌握:反鐵磁性體晶格；反鐵磁性體的分子場理論（強(qiáng)磁性體的分子場理論與反鐵磁性分子場理論的區(qū)別與聯(lián)系）；反鐵磁性體的分子場理論的修正；反鐵磁性體的Bethe近似（理解）1反鐵磁性體晶格；反鐵磁性體的分子場理論（考核概率100%）；2反鐵磁性體的分子場理論的修正（掌握，（考核概率100%））；反鐵磁性體的Bethe近似（理解）第二節(jié)5.5反鐵磁性體的Constantcoupling（常量耦合）近似;5.6磁化方向與磁場;5.7基態(tài)能量的上限及下限本節(jié)要求：掌握理解：反鐵磁性體的Constantcoupling（常量耦合）近似（掌握,（考核概率50%））;磁化方向與磁場;基態(tài)能量的上限及下限。1反鐵磁性體的Constantcoupling（常量耦合）近似（掌握，（考核概率50%））;2磁化方向與磁場;5.7基態(tài)能量的上限及下限（理解）.第三節(jié)5.8基態(tài)狀態(tài)的自旋多重態(tài)；5.10基態(tài)能量;本節(jié)要求：掌握:基態(tài)狀態(tài)的自旋多重態(tài)（考核概率50%）（掌握理解反鐵磁體的基態(tài)多重態(tài)的行為）；基態(tài)能量（考核概率50%）（掌握理解反鐵磁體的基態(tài)下的格子之間的相互作用）基態(tài)狀態(tài)的自旋多重態(tài)（考核概率50%）;基態(tài)能量（考核概率50%）.第五節(jié)5.11奈爾狀態(tài)的修正;5.12Fisher的超交換反鐵磁性體本節(jié)要求：掌握：奈爾狀態(tài)的修正（考核概率50%）;理解：Fisher的超交換反鐵磁性體1奈爾狀態(tài)的修正（考核概率50%）2Fisher的超交換反鐵磁性體第六章自旋波理論本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)介紹的自旋波經(jīng)典表述及量子力學(xué)表述，Holstein-Primakoff理論，反鐵磁性體的自旋波理論,玻戈留玻夫變換理論，低溫下鐵磁性體的諸熱力學(xué)量，低溫下反鐵磁性體的諸熱力學(xué)量，鐵磁性體的磁偶極子相互作用（magneticdipolarinteraction）,自旋波間的相互作用，鐵磁性共振吸收（magneticresonanceabsorption）等。難點(diǎn)：Holstein-Primakoff理論；Fisher的超交換反鐵磁性體。本章學(xué)時(shí):8學(xué)時(shí)教學(xué)形式:講授教具:投影儀，黑板，粉筆第一節(jié)6.1自旋波；6.2自旋波的經(jīng)典表述；6.3自旋波的半量子力學(xué)表述；6.4Holstein-Primakoff理論本節(jié)要求：理解：自旋波；自旋波的經(jīng)典表述；掌握:自旋波的半量子力學(xué)表述（考核概率100%）；Holstein-Primakoff理論（考核概率100%）（掌握自旋偏離算符二次量子化過程）。1自旋波；自旋波的經(jīng)典表述（理解,；2自旋波的半量子力學(xué)表述（考核概率100%）；Holstein-Primakoff理論（考核概率100%）。第二節(jié)6.5反鐵磁性體的自旋波理論；6.6低溫下鐵磁性體的諸熱力學(xué)量；6.7低溫下反鐵磁性體的諸熱力學(xué)量本節(jié)要求：掌握：反鐵磁性體的自旋波理論（掌握玻戈留玻夫變換理論）（考核概率100%）；低溫下鐵磁性體的諸熱力學(xué)量（考核概率100%）（掌握利用磁振子的Boson統(tǒng)計(jì)分布計(jì)算磁振子數(shù)的平均值，而后求解諸熱力學(xué)量的方法,；低溫下反鐵磁性體的諸熱力學(xué)量（考核概率100%）。1反鐵磁性體的自旋波理論（考核概率100%）2低溫下鐵磁性體的諸熱力學(xué)量（考核概率100%）；低溫下反鐵磁性體的諸熱力學(xué)量（考核概率100%）第三節(jié)6.8鐵磁性體的磁偶極子相互作用（magneticdipolarinteraction）；6.9自旋波間的相互作用（i）；6.10自旋波間的相互作用（ii）本節(jié)要求：掌握：鐵磁性體的磁偶極子相互作用（magneticdipolarinteraction）（考核概率100%）（掌握磁偶極子相互作用對(duì)鐵磁體的能譜的影響）;理解：自旋波間的相互作用（i）；自旋波間的相互作用（ii）1鐵磁性體的磁偶極子相互作用（magneticdipolarinteraction）（考核概率100%）；2自旋波間的相互作用（i）（理解）；自旋波間的相互作用（ii）（理解）第四節(jié)6.11鐵磁性共振吸收（magneticresonanceabsorption）本節(jié)要求：理解：鐵磁性共振吸收（magneticresonanceabsorption）（理解鐵磁性共振吸收情況下的哈密頓量的表述）鐵磁性共振吸收（magneticresonanceabsorption）第六章小結(jié)第七章格林函數(shù)方法本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)介紹的格林函數(shù)方法在鐵磁性體、反鐵磁性體、鐵磁性體的磁化率的計(jì)算上的應(yīng)用，并有介紹切斷近似的修正。并且理解掌握格林函數(shù)及譜定理，response（響應(yīng)）函數(shù)的引入意義。難點(diǎn)：格林函數(shù)及譜定理，response（響應(yīng)）函數(shù)；格林函數(shù)方法在鐵磁性體、反鐵磁性體、鐵磁性體的磁化率的計(jì)算上的應(yīng)用；切斷近似的修正。本章學(xué)時(shí):8學(xué)時(shí)教學(xué)形式:講授教具:投影儀，黑板，粉筆第一節(jié)7.1格林函數(shù)；7.2譜定理；7.3response（響應(yīng)）函數(shù)；7.4單個(gè)自旋體系的例題本節(jié)要求：掌握：格林函數(shù)（考核概率100%）；譜定理（考核概率100%）；與response（響應(yīng)）函數(shù)關(guān)系（考核概率100%）；單個(gè)自旋體系的例題（從此例題的求解過程中理解格林函數(shù)、譜定理、response（響應(yīng)）函數(shù)三者之間的關(guān)系）1格林函數(shù)（考核概率100%）；譜定理（考核概率100%）；response（響應(yīng)）函數(shù)（考核概率100%）；2單個(gè)自旋體系的例題第二節(jié)7.5一維Ising模型；7.6鐵磁體中的應(yīng)用本節(jié)要求：理解：一維Ising模型（理解格林函數(shù)方法在一維Ising模型中的應(yīng)用）；掌握：鐵磁體中的應(yīng)用（掌握格林函數(shù)方法在鐵磁體中的具體應(yīng)用）（掌握，考核概率100%）。1一維Ising模型（理解）2鐵磁體中的應(yīng)用（掌握，考核概率100%）第三節(jié)7.7反鐵磁體中的應(yīng)用；7.8鐵磁體的磁化率本節(jié)要求：掌握：反鐵磁體中的應(yīng)用（掌握，考核概率100%）；鐵磁體的磁化率（掌握，考核概率100%）（鐵磁性體的磁化率的計(jì)算上的應(yīng)用）。1反鐵磁體中的應(yīng)用（掌握，考核概率100%）2鐵磁體的