1、 1 1固体磁性的微观起源 原子的磁矩 一 宏观固体磁性起源 磁化强度 原子磁矩 电子磁矩 核磁矩 二 电子的磁矩 磁性的本质是量子行为 电子总磁矩 表现形式之二 角动量量子化 A 单电子原子 磁矩与角动量关联的提出历史 原子中的实际电子分布 多电子系统 1 1原子的电子结构 原子的经典玻尔模型 Z个电子围绕原子核做园周运动 核外电子结构用四个量子数表征 n l m s 多电子体系 n 电子轨道大小由主量子数n决定n 1 2 3 4 的轨道群又称为K L M N 的电子壳层 l 轨道的形状由角动量l决定l 0 1 2 3 n 1又称为s p d f g 电子m 当施加一个磁场在一个原子上时 平
2、行于磁场的角动量也是量子化的 l在磁场方向上的分量由磁量子数m决定m l l 1 l 2 0 l 1 l S 电子自旋量子数由s决定 轨道 S电子 轨道l 1 p电子ml 1 0 1 n l m表征的一个电子轨道上如果有两个电子 虽然它们的自旋是相反的 但静电的库仑排斥势 仍然使系统能量提高 因而一个轨道倾向只有一个电子占据 泡利不相容原理 同一个量子数n l m s表征的量子状态只能有一个电子占据 库仑相互作用 原子的电子结构 占据壳层的规律 B 多电子原子 总磁矩 J与总角动量J关系 推导在下页 推导 Hundrule 原子或离子基态 不违反泡利原理条件下 自旋角动量S的和取允许的最大值
3、2 在同样条件下 轨道角动量L的和取允许的最大值 3 在确定S和L之后 依照原子物理学 原子的总角动量量子数J可以取下列值 J L S L S 1 L S 实际 当支壳层不到半满时 取J L S 而当壳层半满或超过半满时 J取L S 量子力学证明 Page271胡安章维益 洪德法则的起源 1 未满壳层的电子自旋si排列 电子由于库仑排斥而倾向于取不同轨道 而原子内的自旋 自旋间的相互作用使自旋平行排列 从而总自旋S取最大值 泡利不相容原理 2 每个电子的轨道矢量li的排列 电子倾向于同样的方向绕核旋转 以避免靠近而增加库仑排斥能 使总的轨道角动量L取最大值 3 由于L和S间的耦合 电子数n小于半满时J L S 电子数n大于半满时J L S 洪德法则一般的描述只有 1 和 2 项 类比 行星的自转 自旋 与公转 轨道 原子基态用角动量标记方式 例1 稀土 镧系 理论值与实验结果的比较 固体的磁性的基本特征 不同固体的磁性 原子磁矩 作业 分别求Cu Cu 2 Cu 3原子和离子的基态 p值以及磁矩分别求Fe Fe 2 Fe 3原子和离子的基态 p值以及磁矩分别求Fe Co Ni原子的基态 p值及磁矩
