亞鐵磁性課件

亞鐵磁性

在亞鐵磁體中，A和B次晶格由不同的磁性原子占據(jù)，而且有時由不同數(shù)目的原子占據(jù)，A和B位中的磁性原子成反平行耦合，但A晶格和B晶格離子磁矩大小不等。反鐵磁的自旋排列導致一個自旋未能完全抵消的自發(fā)磁化強度，這樣的磁性稱為亞鐵磁性。

1948年奈耳根據(jù)反鐵磁性分子場理論，提出亞鐵磁性分子場理論，用來分析尖晶石鐵氧體的自發(fā)磁化強度及其與溫度的關系。

把分子場理論推廣到兩套不等價的次晶格，由于結構不等價而存在四種不同的分子場：

Hab=

ABMb

Hab是B位離子作用在A位離子上的分子場，Mb是B位上一克分子磁性離子具有的磁矩，

AB表示B-A作用分子場系數(shù)，它只表示大小而不計入方向(以下的分子場系數(shù)都只表示數(shù)值)

Hbb=

BBMb(

BB為B-B分子場系數(shù))

(c)Haa=

AAMa

(

AA為A-A分子場系數(shù)，Ma為A位上一克分子磁性離子具有的磁矩磁矩)(d)Hba=BAMa(

BA為A-B分子場系數(shù))A和B位離子磁矩是反平行的，A和B位的分子場可表示為

和

分別表示A位和B位磁性離子的比例，

+

=1分子場可寫成求一克分子鐵氧體中A位和B位上的自發(fā)磁化強度MA和MB隨溫度變化情況

MA=Ma

MB=Mb

Ma和Mb可以用鐵磁性唯象理論得到的表達式：這里，g和J

都未標明a和b，因考慮是同種磁性離子，例如

Fe3+,這樣得到整個材料未抵消的自發(fā)磁化強度

Ms=|MB-MA|=|Mb-Ma|

(1)高溫順磁性在溫度高于居里溫度時，Ha和Hb都遠小于kBT,即

?1,布里淵函數(shù)展開成級數(shù)，并取第一項由于T>TC，使Ma和Mb都沿H方向取向，得到磁化強度通過推導，最后得到討論：(a)如果溫度很高，

/(T-

’)項相對前一項要小的多，因而1/與溫度成線性關系溫度繼續(xù)下降后，

和T的關系可看成為雙曲線。(b)當溫度逐漸降低時，T趨近

’，1/

趨于-時，得到T=’的直線，而

’就是奈耳溫度，用TN表示。(c)從實驗結果來看，雙曲線與溫度軸的交點為

p，就是順磁性居里點.(d)從實驗中得到的奈耳點TN，居里常數(shù)C和順磁性居里點

p。實驗室上得到的C與理論上得到的值符合的不好.(2)自發(fā)磁化與溫度的關系

低于居里溫度的自發(fā)磁化情況與鐵磁性情況相類似，但是Ms是兩種磁矩取向的代數(shù)和(如果有三套次晶格或更多，則也是各次晶格磁矩的總和奈耳分三步討論這些問題：(1)T=0K時，在

構成的坐標平面內(nèi)，什么區(qū)域可以給出對應能量極小的各種磁矩分布；(2)T低于居里點TC,平面的哪些區(qū)域內(nèi)，MB>MA,在哪些區(qū)域內(nèi)，MA>MB。在

平面上哪個特定區(qū)域，使Ms=|MB-MA|在

T=Td

時會改變正負號；(3)T>0時，Ms隨T變化.

在外磁場為0時，體系能量可表示為如果

和

都小于1，也就是

AB>

AA和

BB，從能量最小原理要求，MA和MB的取向方向必須相反，此結論與實驗結果一致。Ms-T曲線類型與

/μ,,有密切關系。在

平面內(nèi)，根據(jù)

,和

/的不同關系，可以劃分出四個區(qū)域，六種類型的自發(fā)磁化與溫度的依賴關系，其中亞鐵磁性有四種類型R,Q,P和N。其中P和N型是在理論預言之后被觀察到的。注意N型曲線有一個補償點

c。-平面中，

=AA/AB,=BB/BATb3Fe5O12的磁化強度與溫度的關系Z是配位數(shù)(三組次晶格)§6自旋玻璃與混磁性

自旋玻璃態(tài)出現(xiàn)在稀磁的合金中，磁性原子的自旋被無規(guī)地凍結。從實驗上，觀察到在弱磁場下，磁化率的溫度依賴性曲線上出現(xiàn)一個尖銳的最大值。在較大磁場冷卻情況下，磁化率的尖銳極大值不再出現(xiàn)。在凍結溫度Tf

以下，零場時自旋被無規(guī)凍結，加場時自旋在磁場方向被凍結。

阻挫(反鐵磁)

自旋玻璃態(tài)的特性：

(1)

(T)在Tf

處表現(xiàn)出尖銳的極大值的峰，并且與磁場強度和交流磁化率的測試頻率有關。H0和

峰變得更尖銳。

(2)Tf以上的溫度加磁場慢慢冷卻(磁場冷卻)測定的

(T)與零場升溫測定的

(T)顯著不同，尖峰消失。

(3)Tf隨磁性原子濃度增加而升高。

(4)隨磁性原子濃度繼續(xù)增加，體系變?yōu)榛齑判?，低溫表現(xiàn)出自旋玻璃態(tài)，隨溫度升高到Tf以上，不再是順磁性，而表現(xiàn)出鐵磁性(反鐵磁性)。

(5)磁性比熱CM(T)和電阻在Tf

處沒有異常。

(6)中子衍射實驗在Tf

以下沒有看到磁性的布拉格反射。但是可以覌測到磁性散射。

(7)穆斯堡爾譜的譜寬隨溫度變化明顯。

混磁性在非磁性基體中，摻雜磁性原子的濃度大于自旋玻璃的濃度，各種交換相互作用混合的自旋系統(tǒng)。其典型的特征是，當材料在沒有磁場作用下冷卻時，磁化強度在低溫急劇的下降；如果在磁場下冷卻，磁化強度在低溫處的下降消失。其原因是由反鐵磁相互作用引起的磁化強度團簇的反轉(zhuǎn)。

ABCDSASBSCSD在面心立方反鐵磁體中四個次晶格上的自旋矢量

在磁場下冷卻，磁化強度低溫下的下降消失，但是磁滯回線沿H軸的負方向有一個位移。這個現(xiàn)象是由鐵磁性自旋與相對于晶格為固定的反鐵磁自旋間相互作用引起的。例如：在面心立方晶格內(nèi)反鐵磁自旋排列不是很固定，可以自由改變其自旋方向而不改變其交換能，也就是說局域自旋排到容易被擾動，導致混磁性。小結：在非磁性基體中摻入磁性原子，隨濃度的逐漸增加，出現(xiàn)各種磁性現(xiàn)象。近藤效應自旋玻璃態(tài)混磁性不均勻鐵磁性§7超順磁性定義：鐵磁性顆粒比單疇臨界尺寸更小時，熱運動對粒子影響很大，在一定溫度下，粒子的行為類似于順磁性，如果不加外磁場，它們將很快的失去剩磁狀態(tài)。普通的順磁體是具有固有原子磁矩

的原子集團；而超順磁體是具有均勻磁化的單疇粒子集團，每一粒子包含較大原子的數(shù)目(約105個原子),具有大得多的磁矩。因此，超順磁顆粒本身具有磁各向異性能，為Ku。v是粒子的體積。在一定溫度T時，熱運動能為kBT/2。因此可以計算臨界體積,V0Ku=kBT/2(Ku各向異性常數(shù))

假設溫度T=273K,Ku=105J/m3,得到

當外加磁場時，如果熱運動能比磁晶各向異性能大得多時，磁化強度I

才完全符合郎之萬函數(shù)的近似結果。由于超順磁粒子的尺寸是有分布的，因此設,

1‘=(1-b),到

2’=(1+b)

超順磁性的弛豫特性在無磁場時，粒子的磁化矢量如要轉(zhuǎn)到相反方向，熱運動能必須超過磁晶各向異性能的峰值K1V。換言之,反磁化過程的幾率應與成比例。弛豫時間

由下式?jīng)Q定

(f0為一頻率因素