在真空中的磁感应强度.M=χH为磁化强度,它 0 的物理意义是单位体积介质中的磁矩. χ称为介质的磁化率,它描写固体的 磁性. 按照磁化率的大小,固体的磁性可以分为以下6类. 抗磁体 抗磁体— ———介质的磁化强度与外磁场粗纤维测定仪强度方向相反的固体,其磁化率是一 个很小的负数. 粗纤维测定仪 抗磁性的本质是电磁感应定律的反映.外加磁场粗纤维测定仪使原子中电子的运动发生 变化,产生一个附加磁矩,磁矩的方向与外磁场方向相反.由此得到原子的磁 化率是 2 Ne χ=- 6mcΣr2i. 2 i 23 这里N=6.0221367×10/mol是阿伏加德罗常数.由此估算得到磁化率的值 A 的数量级应为-10-5~-10-6/mol,其典型值为-10-5/mol.抗磁体的磁化率 与磁场无关,几乎不随温度变化,也有少数例外,如石墨、铋等.任何介质在 磁场作用下都会产生抗磁性效应,但因为抗磁性太弱,如果介质还有顺磁性或 铁磁性,抗磁性就将被掩盖. 从原子结构来看,显现抗磁性的介质是由具有满壳层电子结构的原子、离 子或分子所组成的.如惰性气体、食盐、水以及绝大多数有机化合物,离子晶 体、共价晶体等. 顺磁体 顺磁体— ———介质的磁化强度与外磁场强度方向相同的固体,其磁化率是一 -5-2 个很小的正数,数量级在室温下一般为10~10/mol. 从粗纤维测定仪原子结构来看,显现顺磁性的介质是由具有未被填满壳层电子结构的原 子、离子或分子所组成的.它们具有磁矩,但是由于热运动,这些磁矩的排列 是无规的.只有在外界磁场的作用下,沿磁场方向有一定的磁矩分量. 顺磁体的磁化率遵从居里-外斯定律: 1 9第九章 凝聚态物理、材料物理和介观物理 0 22 χ=C, C= ngJ(J+1)μ. B T-θ3k 其中C是居里常数,T是热力学温度,θ是具有温度量纲、可正可负的常数, n是原子数密度,g是朗德因子,J是原子总角动量量子数. .常见的顺磁体有过渡族离子和稀土族离子组成 的材料.铁磁体的介质在温度高于转变温度— ———居里温度时也呈现为顺磁体. 铁磁体 铁磁体— ———介质的磁化率是很大的正数.铁磁性显现一种自发磁化现象. 最主要的粗纤维测定仪铁磁性物质是过渡元素铁、钴、镍和以它们为基底的合金,稀土 元素和锕族元素金属、合金及化合物也可以显示出铁磁性. 铁磁性的特征有三方面: 1.在不太强的磁场中,就可以磁化到饱和状态,磁化强度不再随磁场的 增加而增加. 2.铁磁性物质在外磁场中磁化的过程是不可逆的,称为磁滞现象. 永磁体的制作就是利用了铁磁性物质的磁滞性质. 3.在温度高于居里温度T时,铁磁性消失而变为正常的顺磁性,遵从居 C 里-外斯定律. χ= T- CT. C 通常的铁磁体的居里温度很高.下面在表9-4中列出居里温度高于0℃,即 高于273.15K的铁磁体的居里温度. 表9-4 铁磁体的居粗纤维测定仪里温度 物 质 CoFeNiGd 亚铁磁体 TC/K13941043631会大于-1,并且随 c1 外磁场的增加而增加.这时超导体仍处于超导态,但已有磁场透入,称为混合 态.当外磁场增加到第二个临界磁场H时,超导体的磁化率增加到零.这时 c2 超导体会出现电阻,变回到正常态. 现在已经发现在正常压力下有超导电性的元素有28种,有约50 000种合 金和化合物有超导电性.在这28种元素超导体中,只有钒、铌、钽属于第二 类超导体,其它元素都属于第一类超导体.大多数超导合金和化合物则属于第 二类超导体. 4.临界电流 超导体没有电阻,在超导体内有电流通过时,没有能量转化成热量的热消 耗,但是这并不是说超导体中可以通过任意大的电流. 实际上对每一种超导体都有一个临界电流密度j,当通过的电流密度大于 c 临界电流密度j时,超导体变回到正常态. c 1911年,发现超导电现象,定出汞的临界温度是4.2K.到1986年,经 过7粗纤维测定仪5年,发现了近50 000种合金和化合物超导体. 超导体中临界温度最高的是铌三锗(Nb3Ge)Tc=23.2K.平均每10年提 高2.53K. 高临界温度超导体 1986年4月,苏黎世IBM实验室的贝德诺兹(J.G.Bednorz)和缪勒 1 9第九章 凝聚态物理、材料物理和介观物理 4 (K.A.Mül ller)发现镧-钡-铜-氧(粗纤维测定仪L表面效应表现在处于物质表面的一层组 元上.对于一般的宏观物体,表面一层的组元在组元总数中只占很小的比例, 表面效应常常是完全可以忽略的.但是对于体积很小的凝聚态微粒,表面效应 有时就相当重要.可以用处于表面的组元数目和组元总数之比作为描述表面效 应程度的物理量.当微粒很大
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