《磁性物理學(xué)》習(xí)題與解答

1、磁性物理學(xué)習(xí)題與解答簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述洪德法則的內(nèi)容。答：針對(duì)未滿殼層，洪德法則的內(nèi)容依次為：（1）在泡利原理許可的條件下，總自旋量子數(shù)S取最大值。（2）在滿足（1）的條件下，總軌道角動(dòng)量量子數(shù)L取最大值。（3）總軌道量子數(shù)J有兩種取法：在未滿殼層中，電子數(shù)少于一半是電子數(shù)大于一半時(shí)=||=2.簡(jiǎn)述電子在原子核周圍形成殼層結(jié)構(gòu)，需遵循哪些原則法則？答：需遵循的原則法則依次為：（1）能量最低原則（2）泡利不相容原理（3）洪德法則3.簡(jiǎn)述自由電

2、子對(duì)物質(zhì)的磁性，可以有哪些貢獻(xiàn)？答：可能的貢獻(xiàn)有：（1）朗道抗磁（2）泡利順磁4.簡(jiǎn)述晶體中的局域電子對(duì)物質(zhì)的磁性，可能有哪些貢獻(xiàn)？答：可能的貢獻(xiàn)有：（1）抗磁（2）順磁（3）通過(guò)交換作用導(dǎo)致鐵磁、反鐵磁等5.在磁性晶體中，為什么過(guò)渡元素的電子軌道角動(dòng)量會(huì)被晶場(chǎng)“凍結(jié)”，而稀土元素的電子軌道角動(dòng)量不會(huì)被“凍結(jié)”。答：因?yàn)檫^(guò)渡元素的磁性來(lái)自未滿殼層d軌道上的電子，d電子屬于外層電子，在晶體中是裸露的，容易受到晶場(chǎng)的影響而被凍結(jié)；而稀土元素

3、的磁性來(lái)自未滿殼層f軌道上的電子，f電子屬于內(nèi)層電子，在晶體中不容易受到晶場(chǎng)的影響，所以不會(huì)凍結(jié)。6.簡(jiǎn)述外斯分子場(chǎng)理論的成就與不足之處。答：外斯分子場(chǎng)理論的成功之處主要有：唯象解釋了自發(fā)磁化，成功得到第二類順磁的居里—外斯定律和鐵磁順磁相變的居里溫度表達(dá)式等。不足之處主要有：（1）低溫下自發(fā)磁化與溫度的關(guān)系與自旋波理論的結(jié)果差別很大，后者與實(shí)驗(yàn)符合較好（2）在居里溫度附近，自發(fā)磁化隨溫度變化的臨界指數(shù)，分子場(chǎng)理論計(jì)算結(jié)果為12，而實(shí)驗(yàn)

4、測(cè)量結(jié)果為13（3）無(wú)法解釋磁比熱貢獻(xiàn)在溫度大于居里溫度時(shí)的拖尾現(xiàn)象7.簡(jiǎn)述小口理論對(duì)分子場(chǎng)理論做了什么改進(jìn)？答：小口理論認(rèn)為在居里溫度附近，雖然產(chǎn)生自發(fā)磁化的長(zhǎng)程有序消失了，但11.對(duì)于磁性物質(zhì)晶體，其磁性主要來(lái)自于哪些軌道上的電子？并說(shuō)明理由。答：主要來(lái)自于未滿的d軌道電子或未滿的f軌道電子。因?yàn)椋海?）未滿的s或p軌道，在晶體中會(huì)由于形成化學(xué)鍵等原因，逝去或獲得電子而成為滿電子殼層，對(duì)于磁性沒有貢獻(xiàn)；（2）其它滿殼層電子也對(duì)磁性五

5、貢獻(xiàn)。所以主要的磁性來(lái)自于未滿的d軌道電子或未滿的f軌道電子。12.為什么說(shuō)自由電子在經(jīng)典物理圖像下不會(huì)有抗磁性？答：經(jīng)典物理圖像下，自由電子在磁場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用，洛倫茲力總是與電子運(yùn)動(dòng)方向垂直，不會(huì)做功，從而電子的能量與磁場(chǎng)無(wú)關(guān)。根據(jù)經(jīng)典統(tǒng)計(jì)，其配分函數(shù)與磁場(chǎng)強(qiáng)度無(wú)關(guān)，由經(jīng)典統(tǒng)計(jì)公式其磁化強(qiáng)度為零，所以不會(huì)有抗磁性。13.為什么說(shuō)磁性氧化物的自發(fā)磁化不能用海森堡直接交換作用來(lái)解釋？答：磁性氧化物中的磁性離子之間被直徑較大的氧離

6、子隔開，使得磁性離子間的電子云不可能有較大的交疊，所以其海森堡直接交換作用即使有也不可能很大，無(wú)法用于解釋磁性氧化物的自發(fā)磁化。14.為什么說(shuō)稀土族金屬的自發(fā)磁化不能用海森堡直接交換作用和安德森超交換作用來(lái)解釋？答：稀土族金屬的磁性主要來(lái)自于f軌道電子，在晶格當(dāng)中f軌道電子為內(nèi)層電子，格點(diǎn)間的電子云不可能有大的交疊，所以無(wú)法用海森堡直接交換作用解釋其磁化。而安德森超交換作用需要氧離子才能實(shí)現(xiàn)，金屬中沒有氧離子，所以不能用安德森超交換作用