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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，GGA100

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 AlNiCo325

9.2.3 FeCrCo327

9.2.4 PtCo328

9.2.5稀土永磁基础328

9.2.6 SmCo330

9.2.7 SmCoCuFeZr331

9.2.8 （Nd，Pr）FeB332

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