Тема 6. Магнитные возбуждения в твердом теле. Магнетизм

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Тема 6. Магнитные возбуждения в твердом теле. Магнетизм

Содержание

2. Источник магнитного поля - движение зарядов Магнетизм – взаимодействие между движущимися зарядами Взаимодействие осуществляется магнитным полем
3. Магнетизм атомов Магнитный момент атома обусловлен микроскопическими токами, создаваемыми : 1) орбитальным движением электронов 2) спинами
4. Одноэлектронные атомы
5. Одноэлектронные атомы
6. Одноэлектронные атомы Спин-орбитальное взаимодействие Поправки к энергии – тонкая структура уровней
7. Магнетизм многоэлектронных атомов Многоэлектронный атом можно рассматривать в приближении самосогласованного центрально-симметричного электрического поля. Квантовое состояние определяется
8. Многоэлектронные атомы Полный орбитальный момент атома
9. Многоэлектронные атомы Ma не антипараллелен Pa
10. Проекция магнитного момента, на направление механического момента Из геометрических соображений:
11. Многоэлектронные атомы
12. Магнитные моменты атомных ядер Аналогия протона с электроном не проходит !!!
13. Основы теории магнетизма т.т. Все тв.тела. в магнитом поле H – приобретают магнитный момент, т.е. намагничиваются
14. По магнитным свойствам все вещества делятся на: феноменология Диамагнетики κ Парамагнетики κ >0 не зависит H,
15. Основы теории магнетизма
16. Диамагнетизм – κ Теорема Лармора – влияние H на движение электрона в атоме – прецессия вокруг
17. В атоме содержащем Z электронов суммарный ток I = (- eZ) Ω/ 2π = -Ze2H/4πm Диамагнетизм
18. Парамагнетизм κ >0 не зависит H, зависит от T ( μ > 1) Имеет место в
20. Парамагнетики Для N атомов намагниченность Im равна N·MH Для β Закон Кюри - Вейса κ =С/(T-
21. Парамагнетизм свободных электронов
23. Магнитная восприимчивость e не зависит от Т
24. Ферромагнетики κ >>0 и зависит от H Домены - области спонтанной намагниченности параллельная ориентация магнитных моментов
25. Тождественность частиц в.ф. системы, получающиеся при перестановке пары одинаковых частиц отличаются множителем exp(iϕ), Для систем с
26. Принцип Паули В.ф. Системы двух невзаимодействующих электронов ΨI(1,2) = Ψα(1)·Ψβ(2) ΨI I(1,2) = Ψα(2)·Ψβ (1) Ψ
27. Обменное взаимодействие
28. Обменное взаимодействие Вероятность нахождения частиц в одной и той же точке пространства
29. Обменное взаимодействие W= - 2I(S1,S2)
31. Ферримагнетики Неравенство магнитных моментов атомов в различных подрешетках парамагнетик ферромагнетик антиферромагнетик ферримагнетик
32. Доменая структура
33. Спиновые волны Отклонение спина, распространяющееся в пространстве Wo = -2I·N·S2 ka
35. Скачать презентацию

Слайд 2

Источник магнитного поля - движение зарядов
Магнетизм – взаимодействие между
движущимися зарядами

Взаимодействие осуществляется магнитным полем

Количественная характеристика магнитного поля – его напряженность H

Слайд 3

Магнетизм атомов
Магнитный момент атома обусловлен микроскопическими токами, создаваемыми :
1) орбитальным

движением электронов
2) спинами электронов и ядер

Способность атомов взаимодействовать с магнитным полем характеризуется магнитным моментом M

Слайд 4

Одноэлектронные атомы

Слайд 5

Одноэлектронные атомы

Слайд 6

Одноэлектронные атомы
Спин-орбитальное взаимодействие
Поправки к энергии – тонкая структура уровней

Слайд 7

Магнетизм многоэлектронных атомов
Многоэлектронный атом можно рассматривать в приближении самосогласованного центрально-симметричного электрического

поля.

Квантовое состояние определяется электронной конфигурацией т.е. числом электронов с заданными l и n

Мах число таких состояний 2(2 l +1) например 1p → 6 эквивалентных сост.

Все состояния c данным n –составляют электронную оболочку. Замкнутая оболочка – электронный слой

Заполнение оболочек e

K 1s2 2 электрона
L 2s2, 2p6 8 электронов
M 3s2, 3p6, 3d10 18 электронов
N 4s2, 4p6 4d10, 4f14 32 электрона

Уровни энергии в сложный атомах обозначают большими буквами латинского алфавита

Слайд 8

Многоэлектронные атомы
Полный орбитальный момент атома

Слайд 9

Многоэлектронные атомы
Ma не антипараллелен Pa

Слайд 10

Проекция магнитного момента, на направление механического момента
Из геометрических соображений:

Слайд 11

Многоэлектронные атомы

Слайд 12

Магнитные моменты атомных ядер
Аналогия протона с электроном не проходит !!!

Слайд 13

Основы теории магнетизма т.т.
Все тв.тела. в магнитом поле H – приобретают

магнитный момент, т.е. намагничиваются

Вектор намагниченности Im - магнитный момент ед. объема

Слайд 14

По магнитным свойствам все вещества делятся на:
феноменология
Диамагнетики κ <0 и не

зависит от T и H ( μ < 1)
Парамагнетики κ >0 не зависит H, зависит от T ( μ > 1)
Ферромагнетики κ >>0 и зависит от H :

ферромагнетики,
антиферромагнетики
ферримагнетики

Причины – Изменение магнитного момента атомов во внешнем магнитном поле,
Взаимодействие магнитных моментов атомов

Слайд 15

Основы теории магнетизма

Слайд 16

Диамагнетизм – κ <0 и не зависит от T и H

( μ < 1)

Теорема Лармора – влияние H на движение электрона в атоме – прецессия вокруг направления Н
с частотой Ω = eH/2m

Прецессия электронной орбиты эквивалентна току I = - ev = - e Ω/ 2π

Связанный с током магнитный момент M = I·S

Слайд 17

В атоме содержащем Z электронов суммарный ток I = (- eZ)

Ω/ 2π = -Ze2H/4πm

Диамагнетизм есть всегда, но проявляется в атомах с нулевым собственным
магнитным моментом

Слайд 18

Парамагнетизм κ >0 не зависит H, зависит от T ( μ

> 1)

Имеет место в т.т. состоящих из атомов с
ненулевым собственным магнитным моментом

В отсутствие внешнего H моменты атомов распределены случайно и =0

В магнитном поле моменты стремятся ориентироваться по полю

Энергия момента, отклоненного от поля на угол Θ :

Тепловое движение наоборот, разупорядочивает моменты

Надо найти среднее значение < MaH>
под действием поля и температуры

Слайд 19

Слайд 20

Парамагнетики
Для N атомов намагниченность Im равна N·MH
Для β<<1 cth(β) - 1/

β = β/3

Закон Кюри - Вейса κ =С/(T- Θ)

Слайд 21

Парамагнетизм свободных электронов

Слайд 22

Слайд 23

Магнитная восприимчивость e не зависит от Т

Слайд 24

Ферромагнетики
κ >>0 и зависит от H
Домены - области спонтанной намагниченности
параллельная ориентация

магнитных моментов

Источники образования доменов:
Не скомпенсированный спин электронных оболочек
Обменное взаимодействие электронов

Электростатическая природа!!!!

Слайд 25

Тождественность частиц
в.ф. системы, получающиеся при перестановке пары одинаковых частиц отличаются множителем

exp(iϕ),

Для систем с S=n/2 В.Ф. Антисимметрична -
Меняет знак при при нечетном числе перестановок

Для систем с S=n В.Ф. Симметрична –
Не меняет знак при любом числе перестановок

Слайд 26

Принцип Паули
В.ф. Системы двух невзаимодействующих электронов
ΨI(1,2) = Ψα(1)·Ψβ(2) ΨI I(1,2) =

Ψα(2)·Ψβ (1)

Ψ = c1·Ψ I + c2·ΨI I в.ф. Антисимметрична т.е. c1=- c2

Ψанти(1,2) = [1/√2] ·[Ψα(1)·Ψβ(2)-Ψα(2)·Ψβ(1)]

Если электроны в одном состоянии то Ψα = Ψβ ⇒ Ψанти(1,2)≡0

Слайд 27

Обменное взаимодействие

Слайд 28

Обменное взаимодействие
Вероятность нахождения частиц в одной и той же точке пространства

Слайд 29

Обменное взаимодействие
W= - 2I(S1,S2)

Слайд 30

Слайд 31

Ферримагнетики
Неравенство магнитных моментов атомов в различных подрешетках
парамагнетик
ферромагнетик
антиферромагнетик
ферримагнетик

Слайд 32

Доменая структура

Слайд 33

Спиновые волны
Отклонение спина, распространяющееся в пространстве
Wo = -2I·N·S2
ka<<1 → 1-

cos(ka) = 0.5·(ka)2