关于磁晶各向异性

磁性材料的磁材晶体各向异性

关于磁晶各向异性

06080 杨芳

在磁性物质中,自发磁化主要来源于自旋间的交换作用,这种交换作用本质上是各向同性的,如果没有附加的相互作用存在,在晶体中,自发磁化强度可以指向任意方向而不改变体系的内能。实际上在磁性材料中,自发磁化强度总是处于一个或几个特定方向,该方向称为易轴。当施加外场时,磁化强度才能从易轴方向转出,此现象称为磁晶各向异性。磁各向异性按其来源分成:形状各向性;磁晶各向异性;生长感生各向异性;应力感生各向异性;磁场感生各向异性; 其中只有磁晶各向异性是磁性晶体中固有的。其他各种广义地说都是感生出来的。

定域磁矩是如何辨别不同的结晶学方向呢?μJ是怎样耦合到晶格的?答案在于磁矩的自旋部分与电子轨道形状和取向的耦合(自旋-轨道耦合) ,以及给定原子轨道和它们的局部环境(晶体电场)的化学成键。如果一个原子看到的局部晶体场有较低对称性,并且如果原子的成键电子具有不对称的电荷分布 (LZ≠0) ,那么,原子轨道与晶体场的相互作用是各向异性的。分子轨道的某种取向,或成键电子电荷的某种分布在能量上是择优的。对于磁晶各向异性这是十分重要的,即成键具有明显的方向特性。

磁晶各向异性是磁性材料的内能随磁化强度方向的变化而发生的变化。当自发磁化强度从一个方向转向另一个方向。相邻自旋保持平行,这是因为自旋间存在强的交换作用,要解释磁晶各向异性,必须考虑含有晶轴的能量项。假设自旋与原子连线的夹角为 ,则自旋对的能量经勒让德多项式展开为:

真正的机理是:部分未淬灭的轨道矩与自旋相互耦合,随着磁化强度的转动,通过轨道波函数重叠的变化,导致交换能或静电能发生变化,这种相互作用被称为赝偶极相互作用。磁晶各向异性可以通过对晶体中所有自旋对的能量相加而计算出耒,这模型称为自旋对(spin-pair)模型。自旋对模型对金属和合金是适用的,对氧化物和化合物不适用。

晶体场理论的基本思想是认为中心金属离子的电子波函数同周围离子(称为配位子)的电子波函数不相重叠,因而可以把组成晶体的离子分为两部分:基本部分是中心金属离子,我们将其外层未满壳层的电子作为量子体系处理;非基本部分是周围的配位子离子,我们将它们作为产生静电场的经典体系处理,配位子所产生的静电场称为晶体场。由于这种电场的存在破坏了自由离子所具有的球形对称称,致使离子的能级发生分裂,从而造成了磁性晶体的磁晶各向异性。对于3d金属来说,单离子各向异性系数D

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不太容易确定,因为它们的扩

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