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第1章 磁性基础 1

1.1磁学的基本定律和基本量 1

1.1.1磁力定律，磁感应强度矢量，磁矩 1

1.1.2磁化强度矢量，磁偶极矩，磁极化强度矢量，磁场强度矢量 1

1.1.3 Maxwell方程，磁矢势，磁通量 2

1.1.4磁矩 3

1.1.5磁感应强度，磁（极）化强度，磁导率，磁化率，比磁化强度 4

1.1.6磁学量的单位 4

1.2物质磁性的分类 5

1.2.1抗磁性 5

1.2.2顺磁性 6

1.2.3反铁磁性 7

1.2.4铁磁性 7

1.2.5亚铁磁性 9

1.2.6磁性玻璃 9

1.3磁Coulomb定律，静磁场 10

1.3.1磁荷，磁Coulomb定律 10

1.3.2磁矩在磁场中受的力矩，磁矩和电流产生的磁场 12

1.3.3磁路，磁阻 14

1.4静磁能 17

1.4.1 Zeeman能，磁化能 17

1.4.2磁场能，磁矩相互作用能，磁荷相互作用能，静磁能 18

1.5磁介质的热力学 20

1.5.1磁介质的热力学原理 20

1.5.2一级和二级相变 21

1.5.3磁卡效应 22

1.6带电粒子在静电磁场中的哈密顿 24

参考文献 25

第2章 原子磁性 26

2.1电子结构 26

2.1.1电子自旋 26

2.1.2 Hartree-Fock方程，单电子近似 27

2.1.3中心场近似 28

2.1.4电子结构 31

2.1.5角动量 31

2.2光谱项，多重态 34

2.2.1剩余 Coulomb作用，光谱项 34

2.2.2自旋-轨道耦合作用，多重态 36

2.3原子的固有磁矩，旋磁比 40

2.3.1原子中一个电子的磁矩和旋磁比 40

2.3.2多电子原子的磁矩和旋磁比 40

2.4原子的抗磁性和顺磁性 44

2.4.1在外磁场中的原子磁矩 44

2.4.2抗磁性 44

2.4.3顺磁性 45

2.5原子内部的交换作用 47

2.5.1交换作用哈密顿 47

2.5.2交换积分 49

参考文献 25

第3章 自发磁化 50

3.1固体的原子（离子）磁矩 50

3.1.1 Fe-Ni合金 50

3.1.2合金的3d原子磁矩 51

3.1.3氧化物的3d离子磁矩 52

3.1.4固体的4f离子磁矩 52

3.2中子衍射，磁结构 53

3.2.1中子衍射 53

3.2.2 MnO的磁结构 54

3.2.3金属Ho的磁结构 54

3.2.4尖晶石铁氧体MO.Fe2 O3 Fe3 O4 γ-Fe2 O3的磁结构 55

3.2.5磁铅石铁氧体的磁结构 56

3.2.6石榴石铁氧体的磁结构 57

3.2.7钙钛石结构铁氧体（正铁氧体）的磁结构 58

3.2.8强磁性氧化物中磁矩的空间分布 59

3.2.9金属Fe的磁结构 59

3.3分子场理论 60

3.3.1 Weiss的分子场理论 60

3.3.2磁性分析 62

3.3.3 Neel的分子场理论 63

3.4直接交换作用 65

3.4.1 H 2分子的交换作用 65

3.4.2固体的交换作用 67

3.4.3分子场的起源 68

3.5自旋波 71

3.5.1自旋波 71

3.5.2自旋波的半经典物理图像 74

3.5.3 T32定律 74

3.6晶场效应 76

3.6.1晶场，晶场中的3d和4f离子 76

3.6.2晶场作用哈密顿 77

3.6.3 3d离子在尖晶石铁氧体B位的晶场效应 78

3.6.4 Jahn-Teller效应 79

3.6.5轨道淬灭 80

3.6.6回转磁效应 80

3.7自由电子气体的磁性 83

3.7.1自由电子的本征态，本征能 83

3.7.2自由电子气体的能带结构 83

3.7.3自由电子气体的磁化率 84

3.8 RKKY交换作用 84

3.8.1 f-s交换作用哈密顿 85

3.8.2 f-s交换作用的一级微扰 86

3.8.3传导电子的衰减振荡磁化 86

3.8.4稀土离子间的间接交换作用 88

3.8.5 Curie温度和de Gennes因子 89

3.9金属的铁磁性理论 94

3.9.1 Bloch波函数 95

3.9.2基于平均场近似的能带理论 96

3.9.3 Stoner的铁磁性理论 97

3.9.4密度泛函理论，LDALSDA，GGA 100

3.9.5能带计算方法简介 102

3.9.6能带结构举例 103

3.10超交换作用 107

3.10.1超交换作用的物理图像 107

3.10.2超交换作用的半定量分析 108

3.10.3 Anderson的势交换和运动交换 111

参考文献 114

第4章 强磁性介质的能量 115

4.1交换能的经典表达式 115

4.1.1立方晶体的交换能密度,交换常数 115

4.1.2非立方晶体的交换能密度 116

4.2磁晶各向异性 117

4.2.1磁晶各向异性的概念 117

4.2.2磁晶各向异性能与磁化方向的关系 118

4.2.3各向异性场 120

4.3磁晶各向异性机理 122

4.3.1磁矩相互作用模型 122

4.3.2单离子模型 122

4.3.3双离子模型 132

4.4磁致伸缩，磁弹性能 132

4.4.1立方晶体的弹性力学 133

4.4.2立方晶体的磁弹性能 134

4.4.3立方晶体的自发应变张量 135

4.4.4立方晶体的磁致伸缩 135

4.4.5六方晶体的磁致伸缩 136

4.4.6磁致伸缩机理要点 137

4.5应力能 139

4.5.1立方晶体的应力能 140

4.5.2立方多晶体的应力能 141

4.6退磁场，退磁能 142

4.6.1椭球磁体的退磁因子和退磁能,形状各向异性能 142

4.6.2易轴垂直于磁体表面的片形和棋盘形畴结构的退磁能 143

4.6.3易轴几乎平行于磁体表面的片形畴结构的退磁能 144

4.7磁感生各向异性 146

4.7.1金属Co的磁场冷却感生各向异性 146

4.7.2原子对有序排列各向异性 146

4.7.3多晶磁性薄膜的感生各向异性 149

4.7.4 A1NiCo永磁合金的磁场热处理感生各向异性 151

4.7.5 Co-CoO的磁场冷却感生各向异性 152

4.7.6非晶Gd-Co薄膜的膜面法线方向为易轴的轴各向异性 153

4.7.7自旋玻璃Cu-Mn合金的磁场感生各向异性 153

4.8混乱各向异性，有效各向异性 157

4.8.1非晶磁体的混乱各向异性，有效各向异性 157

4.8.2纳米晶材料的有效各向异性 159

参考文献 159

第5章 磁畴结构 161

5.1畴壁 161

5.1.1 Bloch壁 161

5.1.2薄膜的畴壁 166

5.2磁畴结构 166

5.2.1观察磁畴的方法 167

5.2.2易轴（z）垂直于板面（xy）的单轴单晶板的磁畴结构 168

5.2.3立方晶体片的磁畴 172

5.2.4多晶体的磁畴 173

5.2.5单畴 174

5.2.6微小Fe-80 1528288合金薄膜的磁结构 175

5.2.7磁泡 175

5.2.8磁泡存储器 177

参考文献 178

第6章 静态技术磁化过程 180

6.1静态磁化过程概述，磁化特性的典型应用 180

6.1.1磁化曲线 180

6.1.2磁滞回线 181

6.1.3磁化特性的典型应用 182

6.2畴壁位移过程概述 184

6.2.1 180°畴壁位移 185

6.2.2 90°畴壁位移 186

6.3可逆畴壁位移过程，起始磁化率 186

6.3.1应力模型 186

6.3.2掺杂模型 188

6.3.3掺杂表面磁荷的钉扎作用 189

6.3.4起始磁导率与晶粒尺寸的关系 189

6.3.5 Hopkinson效应及其应用实例 190

6.4不可逆畴壁位移过程，矫顽力，反磁化形核 192

6.4.1应力模型 193

6.4.2掺杂模型 193

6.4.3面缺陷模型 193

6.4.4矫顽力与晶粒尺寸的关系 197

6.4.5反磁化形核 198

6.5磁转动过程 201

6.5.1起始磁化率 201

6.5.2磁滞回线 202

6.5.3星形线 204

6.5.4趋近饱和定律 205

6.5.5超顺磁性 205

6.5.6微小颗粒的矫顽力 206

6.5.7磁芯存储器 206

6.5.8磁膜存储器 207

6.5.9磁流体 208

6.6微磁学 209

6.6.1 Brown方程 209

6.6.2无限长圆柱体的反磁化形核 210

6.6.3有限元数值计算法 212

参考文献 220

第7章 强磁性介质的电光性质，磁与生物，超精细相互作用 222

7.1强磁性介质的电性质 222

7.1.1电阻 222

7.1.2 Hall效应 222

7.1.3各向异性磁电阻效应 224

7.1.4巨磁电阻效应 225

7.1.5隧道磁电阻效应 227

7.1.6双交换作用，超大磁电阻效应 227

7.1.7磁电阻读出磁头 229

7.1.8磁电阻随机存储器 230

7.1.9巨磁阻抗效应 231

7.1.10电压诱导铁磁性 231

7.2强磁性介质的磁光效应 232

7.2.1 Faraday旋转效应和Kerr效应现象 233

7.2.2在真空中传播的平面电磁波 233

7.2.3磁化强度矢量的进动方程，张量磁化率 234

7.2.4张量介电常数 237

7.2.5在强磁性介质中传播的电磁波 238

7.2.6 Faraday旋转效应 241

7.2.7 Kerr效应 241

7.2.8光照射的磁性效应 243

7.2.9磁光存储器 244

7.3磁与生物 246

7.3.1生物体内的强磁体和磁场感受性 246

7.3.2恒定磁场的生物效应 247

7.3.3交变磁场的生物效应 248

7.3.4磁共振成像 249

7.3.5磁性微粒的医学应用 250

7.4原子的超精细相互作用 251

7.4.1原子核的磁矩和电四极矩 251

7.4.2超精细相互作用 252

7.5固体的超精细相互作用，核磁共振，Mossbauer谱 257

7.5.1超精细参数 257

7.5.2超精细能级超精细场 258

7.5.3核磁共振（NMR）实验原理 260

7.5.4 Mossbauer谱实验原理 260

7.5.5核磁共振和Mossbauer谱的应用例 262

参考文献 265

第8章 动态磁化过程 267

8.1复数磁导率 267

8.1.1复数磁导率 267

8.1.2复数磁导率的测量 268

8.1.3品质因数 268

8.1.4损耗来源 269

8.2涡流 270

8.2.1趋肤深度 270

8.2.2涡流损耗 271

8.3磁后效 273

8.3.1磁后效的现象学 273

8.3.2磁后效引起的磁谱 274

8.3.3磁后效机理 275

8.3.4磁导率减落 277

8.3.5热起伏磁后效 277

8.4自由一致进动 278

8.4.1自由进动，固有进动频率 278

8.4.2磁体形状对固有进动频率的影响 279

8.4.3恒定有效场的普遍表达式 279

8.4.4固有进动频率的普遍表达式 279

8.4.5磁晶各向异性对固有进动频率的影响 281

8.4.6弛豫时间 282

8.5强制一致进动 283

8.5.1强制一致进动，铁磁共振 283

8.5.2单畴晶体的自然共振和磁谱 286

8.5.3磁性薄膜的截止频率 289

8.5.4多畴晶体的自然共振 289

8.6畴壁共振 292

8.6.1畴壁位移机制 292

8.6.2畴壁的有效质量 293

8.6.3交变磁场作用下的畴壁运动方程 293

8.6.4畴壁振动引起的磁谱 294

8.6.5畴壁共振频率与静态起始磁化率的关系 295

8.7非一致进动 295

8.7.1自旋波 295

8.7.2静磁模 300

8.8高功率现象 302

8.8.1一致进动和自旋波共存时的进动方程 303

8.8.2平行泵（h= hex）下的高功率现象 305

8.8.3垂直泵（h=hex）下的高功率现象 307

参考文献 311

第9章 磁性材料，微波磁性器件 312

9.1金属软磁材料，磁致伸缩材料，无磁钢，无磁硬质合金 312

9.1.1纯铁，低碳钢 313

9.1.2硅钢（Fe-Si） 314

9.1.3 Fe-Ni合金 316

9.1.4 Fe-Si-A1合金 317

9.1.5非晶软磁材料 318

9.1.6纳米晶软磁材料 318

9.1.7高饱和磁化强度材料 319

9.1.8磁致伸缩材料 319

9.1.9无磁钢，无磁硬质合金 320

9.2永磁材料，磁记录介质 323

9.2.1铁氧体永磁 324

9.2.2 AlNiCo 325

9.2.3 FeCrCo 327

9.2.4 PtCo 328

9.2.5稀土永磁基础 328

9.2.6 SmCo 330

9.2.7 SmCoCuFeZr 331

9.2.8 （Nd，Pr）FeB 332

9.2.9稀土间隙化合物永磁 333

9.2.10粘接磁体 334

9.2.11永磁材料应用例 334

9.2.12磁记录介质 335

9.3软磁铁氧体，高频磁性薄膜，微波磁性器件 339

9.3.1铁氧体的磁谱和电谱 339

9.3.2软磁铁氧体 339

9.3.3高频磁性薄膜 341

9.3.4微波铁氧体器件 341

9.3.5微波铁氧体 345

参考文献 346

附录 348

附录一 物理常数 348

附录二 主要磁学量的单位及其换算 348

1.公式 348

2.单位及其换算 349

附录三 矢量分析公式 349

1.矢量代数 349

2.梯度，散度，旋度 349

3.对两个函数乘积的作用 350

4.球坐标系 350

5.圆柱坐标系 351

6.积分关系 351

附录四 群论摘选 351

1.群，对称操作，对称群，旋转反射群，点群，共轭，类，子群 351

2.矢量空间，Hermite共轭算符（矩阵），Hermite算符（矩阵），幺正算符（矩阵），相似变换 352

3.群的表示，表示的基矢，特征标，幺正表示，幺正变换，等价和不等价表示 353

4.不变子空间，表示的约化，表示的直和，不可约表示和其基矢，直积表示 354

5.矢量在一个矢量空间对不同基矢的表象，算符的变换，不可约张量 356

6.不可约幺正表示基矢正交定理，有关矩阵元的定理 357

7.Clebsch-Gordan系数，不可约张量的标量积，Racah系数 357

8.不可约张量的矩阵元定理，Racah等效算符 359

附录五 二次量子化 361

1.占位数表象，产生和湮灭算符 361

2.二次量子化算符 363

3.正负自旋电子的产生和湮没算符与自旋算符的关系 366

附录六 微扰论 367

参考文献 368