凝聚态磁性物理

华夏英才基金学术文库凝聚态磁性物理姜寿亭　李　卫　编著北　京内　容　简　介　　本书系统地介绍了凝聚态物质的各种磁性（抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性及非共线磁结构）的形成机理及宏观表现，磁有序（铁磁性、反铁磁性及亚铁磁性）的各种理论；重点介绍了目前有着广泛应用的强磁性物质的内部相互作用、畴及畴壁的形成以及这类物质在恒稳磁场、交变磁场、同时存在恒稳磁场和交变磁场中的磁化过程及宏观磁性以及提高强磁性物质宏观磁性能的各种方法。本书可供物理系磁学专业、材料系磁性材料和器件专业的大学生及研究生作教材，同时可供从事磁学和磁性材料研究和生产的科研及工程技术人员阅读参考。　图书在版编目（CIP）数据　凝聚态磁性物理／姜寿亭，李卫编著．—北京：科学出版社，２００３　（华夏英才基金学术文库）　ISBN７唱０３唱０１１１９０唱７　Ⅰ畅凝…　Ⅱ畅①姜…②李…　Ⅲ畅凝聚态磁性　Ⅳ畅O４８２畅５　中国版本图书馆CIP数据核字（２００３）第０１０８１９号策划编辑：鄢德平／文案编辑：彭斌　姚晖／责任校对：柏连海责任印制：钱玉芬／封面设计：黄华斌　　　　　　　　　　　　科学出版社发行　各地新华书店经销倡２００３年１０月第　一　版２００５年１月第二次印刷印数：２００１—３５００　　开本：B５（７２０×１０００）印张：３０３／４　字数：５６６０００定价：48畅00元（如有印装质量问题，我社负责调换枙环伟枛）序本书是为高等院校与磁学有关专业的大学生和研究生学习磁学基本知识撰写的一本教材，也可以作为从事磁学和磁性材料工作的科研人员、工程技术人员和大专院校有关教师的参考书。本书着重介绍了凝聚态物质的各种磁性现象、相关理论及物质的磁性在外界作用下的变化规律。学习本书需要具备大学普通物理学、固体物理学和量子力学等基础知识。近年来，凝聚态物理学有较大发展，其中磁性物理学的研究成果尤为显著，有关这方面的论文每年都在１０００篇以上。与此同时，磁性材料的研究和生产也取得了长足进步。高导磁软磁材料、稀土永磁材料、非晶态磁性材料、磁记录材料、磁存储材料和磁光材料的大量生产和广泛应用为日益发展的高、新技术提供了重要支柱。因此，总结凝聚态磁性物理在理论和实验方面的研究成果并利用这些成果为开发磁性材料服务便有着重要意义。本书正是为了满足这一要求而撰写的。全书共分七章。第一、二章介绍了凝聚态物质各种磁性的宏观表现及理论解释。第三章介绍了磁有序（包括铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性）的量子理论，主要部分采用量子力学处理方法；只在少数几节中引入了二次量子化方法，在这样的节前我们冠以倡号。第四章介绍了强磁体（铁磁体和亚铁磁体）内与磁性有关的各种相互作用以及由这些作用所决定的磁畴结构。第五章介绍了强磁性物质在外磁场中的准静态磁化过程和反磁化过程，重点介绍了磁化率理论和矫顽力理论。第六章介绍了强磁性物质的动态磁化过程，着重介绍了磁频散和磁损耗的机理。第七章介绍了强磁性物质的旋磁性、铁磁共振及磁矩的各种非一致进动模式。各章末都附有习题，以供读者练习。凡节前和段前冠有倡号者属于理论较深或专业性较强的内容，初学时可以略去。全书采用SI单位制。鉴于书中所引用的早期实验结果和理论结果多数采用CGS单位制，而我们又保留了这些结果的原有单位，为了便于读者进行比较，我们在第一章的表１唱２中列出了主要磁学量在上述两种单位制中的变换关系，并在书末的附录中对两种单位制做了简单介绍。本书两作者都是郭贻诚先生的学生。郭先生的教诲使我们深受教益。郭先生编著的枟铁磁学枠（人民教育出版社，１９６５）曾为培养我国几代磁学工作者做出过重要贡献。郭先生在他的晚年仍然关心我国磁学的发展并委托姜寿亭对他编著的枟铁磁学枠进行改编。遗憾的是，改编工作尚未完成，郭先生不幸仙逝。为了纪念这位磁学界的先辈，我们在撰写本书时着重参考了他的枟铁磁学枠的编写体系，选用了改编稿中的部分内容。为了力求使本书能够反映凝聚态磁性物理的发展水平，在取材方面，除了参考近年来国内外发表的学术论文和国外出版的专著外，还特地参考了戴道生、钱昆明、钟文定和廖绍彬先生合著的枟铁磁学枠（上、中、下三册）、宛德福和马兴隆先生编著的枟磁性物理学枠、李国栋先生编著的枟当代磁学枠等。在此，我们谨向以上著者表示谢意。本书写成后，曾作为教材在钢铁研究总院功能材料研究所金属磁性材料专业的研究生中试用。试用后又做了必要的补充和修改。在本书的编写过程中，山东大学物理与微电子学院的同事们、钢铁研究总院功能材料研究所的同事们给予了热情支持和帮助。在出版过程中，华夏英才出版基金给予了资助。我们谨向他们表示衷心的感谢。本书涉及的内容较广，由于著者的学识水平和工作能力所限，书中难免有不少缺点乃至错误，我们恳切地希望广大读者及各位同仁予以批评、指正。作　者２００２年１１月　·ii·　　　　　　　　　　　　　　　　　序　　　　　　　　　　　　　　　　　　　目　　录序符号凡例第一章　物质的磁性（Ⅰ）———抗磁性、顺磁性和铁磁性１…………………………第一节　引言１………………………………………………………………………第二节　原子的磁性３………………………………………………………………第三节　原子核的磁性９……………………………………………………………第四节　宏观物质的磁性１２…………………………………………………………第五节　磁学的基本量及单位制１６…………………………………………………第六节　磁性体的热力学基础１９……………………………………………………第七节　抗磁性物质及抗磁性理论２４………………………………………………　倡第八节　抗磁性量子理论２８…………………………………………………………第九节　顺磁性物质及朗之万顺磁性理论３０…………………………………………　倡第十节　顺磁性量子理论３６…………………………………………………………第十一节　传导电子的磁效应４１……………………………………………………第十二节　铁磁性物质及其基本特征４８………………………………………………第十三节　铁磁性物质的“分子场”理论５３……………………………………………第十四节　铁磁物质的回转磁效应及g值的测定５９…………………………………习题６３………………………………………………………………………………参考文献６５…………………………………………………………………………附表１唱１（a）　顺磁性过渡族元素原子的电子组态６５…………………………………附表１唱１（b）　顺磁性钯族元素原子的电子组态６６……………………………………附表１唱１（c）　顺磁性稀土元素原子的电子组态６６……………………………………附表１唱１（d）　顺磁性铂族元素原子的电子组态６７……………………………………附表１唱１（e）　顺磁性锕族元素原子的电子组态６７……………………………………附表１唱２　元素周期表和元素的磁性６８………………………………………………第二章　物质的磁性（Ⅱ）———反铁磁性、亚铁磁性及非共线磁结构７０……………第一节　反铁磁性物质及其基本磁性７０………………………………………………第二节　反铁磁性物质的分子场理论７６………………………………………………第三节　亚铁磁性及亚铁磁性物质８４………………………………………………第四节　铁氧体的晶格结构８５………………………………………………………第五节　单一铁氧体的分子饱和磁矩９１………………………………………………第六节　复合铁氧体的分子饱和磁矩９４………………………………………………第七节　亚铁磁性物质的分子场理论１００……………………………………………第八节　非共线磁结构１１０…………………………………………………………习题１１７……………………………………………………………………………参考文献１１８………………………………………………………………………附表２唱１（a）　第一长周期金属离子的量子数与离子磁矩１２０…………………………附表２唱１（b）　稀土金属和钇的离子的量子数与离子磁矩１２０…………………………第三章　磁有序的量子理论１２２………………………………………………………第一节　引言１２２……………………………………………………………………第二节　海森伯交换作用模型１２３……………………………………………………　倡第三节　多原子系统的电子交换作用理论１３２………………………………………第四节　间接交换作用及其理论分析１３６……………………………………………　倡第五节　间接交换作用理论１４２……………………………………………………第六节　RKKY交换作用及其唯象解释１４６…………………………………………　倡第七节　RKKY交换作用理论１５１…………………………………………………第八节　自旋波理论１５９……………………………………………………………第九节　分子场理论的改进１６７……………………………………………………　倡第十节　铁磁相变及有关理论１７３……………………………………………………　倡第十一节　过渡金属铁磁性的能带模型１８２…………………………………………　倡第十二节　巡游电子磁性理论１９１……………………………………………………习题２０２……………………………………………………………………………参考文献２０４………………………………………………………………………第四章　铁磁晶体内的相互作用能及磁畴结构２０７…………………………………第一节　引言２０７……………………………………………………………………第二节　交换作用能、外磁场能和退磁场能２０８………………………………………第三节　磁晶各向异性能２１５………………………………………………………第四节　磁晶各向异性的理论解释２２１………………………………………………第五节　磁致伸缩———磁弹性能和应力能２２８………………………………………第六节　磁畴结构的形成２３７………………………………………………………第七节　畴壁结构（Ⅰ）：布洛赫壁２４１………………………………………………第八节　畴壁结构（Ⅱ）：奈尔壁２５０…………………………………………………第九节　磁泡２５３……………………………………………………………………第十节　磁畴结构的观测（Ⅰ）：粉纹图示法２５９………………………………………第十一节　磁畴结构的观测（Ⅱ）：磁光效应法和其他方法２６９…………………………第十二节　单畴粒子２７３……………………………………………………………第十三节　超顺磁性２７８……………………………………………………………　·iv·　　　　　　　　　　　　　　　　目　　录　　　　　　　　　　　　　　　　　习题２８１……………………………………………………………………………参考文献２８３………………………………………………………………………第五章　磁化和反磁化过程２８５………………………………………………………第一节　磁化过程概述２８５…………………………………………………………第二节　可逆畴壁位移过程２８９……………………………………………………第三节　可逆磁化矢量转动过程２９７…………………………………………………第四节　提高材料起始磁化率的若干途径３０３………………………………………第五节　不可逆畴壁位移过程———巴克豪生跳跃３０９…………………………………第六节　单晶体磁化过程的理论计算３１７……………………………………………第七节　多晶体在强磁场中的磁化曲线———趋近饱和定律３２３………………………第八节　反磁化过程———由畴壁不可逆位移引起的磁滞３３０…………………………第九节　由反磁化核的成长引起的磁滞３３５…………………………………………第十节　由磁畴不可逆转动引起的磁滞３４３…………………………………………第十一节　由畴壁钉扎引起的磁滞３５３………………………………………………第十二节　铁磁多晶体剩余磁化强度的计算３６１……………………………………　倡第十三节　微磁化理论简介３６６…………………………………