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怎麼從微觀角度解釋磁性產生的原因?

tbltgnu14:磁性物理學認為材料的磁性有三種來源:原子核磁矩,電子自旋磁矩以及軌道電子運動產生的軌道磁矩。後兩種是主要的。材料的各種磁學性質都是這三種磁性相互耦合以及與環境作用的結果。抗磁性(加外磁場後內部出現方向相反的磁化強度)
來源於磁力線穿過自旋磁矩時產生的附加磁矩,與外磁場方向相反。抗磁性是普遍存在的,任何材料中都有,但非常微弱,可能會被其他性質掩蓋。順磁性(加外磁場後內部出現方向相同的磁化強度)可以理解為原子磁矩(電子磁矩與軌道磁矩耦合)在外場作用下的取向行為。本來是隨機混亂的,平均下來磁矩為零。加瞭外場後有瞭取向性,產生宏觀順磁磁矩,比較微弱。鐵磁性(不需要外場就有磁性,自發磁化)來源比較復雜,可以大概理解為有的時候相鄰電子自旋平行能量更低,這樣在低溫下會自發磁化,產生鐵磁性,屬於強磁性。反鐵磁性(宏觀表現為沒有磁性,但實際上是兩個方向磁性相互抵消)與鐵磁相反,相鄰電子自旋反平行能量更低,兩個次晶格磁性相互抵消,弱磁性。亞鐵磁性(與鐵磁性相似,但一些物理規律不一樣)大概理解為兩套反平行的電子自旋沒有完全抵消,剩餘自發磁化。強磁性。當然這些隻是非常籠統的不嚴謹的概括,每種磁性都有其他的來源(比如朗道抗磁性,范弗萊克順磁性,泡利順磁性等),而且同一種磁性在各類材料中來源也不盡相同(過渡金屬的巡遊電子模型,金屬氧化物的間接交換作用,稀土金屬的RKKY模型等),即使是同一種材料在不同環境條件下(溫度,外磁場,壓強等)也會表現出不同的磁性。就目前而言依然有些無法理解的現象,或者傳統的這些解釋有本身的局限性。材料的磁性應用非常廣范,裡面的物理現象也非常豐富,很有意思。希望這篇粗淺的回答對理解有所幫助。

怎麼從微觀角度解釋磁性產生的原因?-圖1

戰歌rE0eb:抗磁性(加外磁場後內部出現方向相反的磁化強度)來源於磁力線穿過自旋磁矩時產生的附加磁矩,與外磁場方向相反。抗磁性是普順磁性(加外磁場後內部出現方向相同的磁化強度)可以理解為原子磁矩(電子磁矩與軌道磁矩耦合)在外場作用下的取向行為。本來是隨機混亂的,平均下來磁矩為零。加瞭外場後有瞭取向性,產生宏觀順磁磁矩,比較微弱。鐵磁性(不需要外場就有磁性,自發磁化)來源比較復雜,可以大概理解為有的時候相鄰電子自旋平行能量更低,這樣在低溫下會自發磁化,產生鐵磁性,屬於強磁性。反鐵磁性(宏觀表現為沒有磁性,但實際上是兩個方向磁性相互抵消)與鐵磁相反,相鄰電子自旋反平行能量更低,兩個次晶格磁性相互抵消,弱磁性。亞鐵磁性(與鐵磁性相似,但一些物理規律不一樣)大概理解為兩套反平行的電子自旋沒有完全抵消,剩餘自發磁化。強磁性。當然這些隻是非常籠統的不嚴謹的概括,每種磁性都有其他的來源(比如朗道抗磁性,范弗萊克順磁性,泡利順磁性等),而且同一種磁性在各類材料中來源也不盡相同(過渡金屬的巡遊電子模型,金屬氧化物的間接交換作用,稀土金屬的RKKY模型等),即使是同一種材料在不同環境條件下(溫度,外磁場,壓強等)也會表現出不同的磁性。就目前而言依然有些無法理解的現象,或者傳統的這些解釋有本身的局限性。材料的磁性應用非常廣范,裡面的物理現象也非常豐富,很有意思。希望這篇粗淺的回答對理解有所幫助。

怎麼從微觀角度解釋磁性產生的原因?-圖2

終芳蕙f7:作為一種物理場,磁場是看不見、摸不著但又客觀存在的特殊物質。它是磁性相互作用的媒介,有點神秘但卻實實在在影響著我們的生活。而題主的困惑來源於我們對磁性產生原因的混淆。磁場的產生可以分為兩大方面(如圖1所示):1、以運動電流為基礎;2、以基本粒子的量子特征—自旋為基礎。我們需要將這兩部分獨立進行闡述。題主所說的“高中我們就學習過,變化的電場周圍會產生磁場”正是第一種起源,而題主接著提到的“比如非晶體中的磁性,另外有些晶體材料同樣不具備明顯的磁性等等”盡管不對,但其實指的就是第二種起源。
我們大傢最耳熟能詳的第一個原因就是“運動電荷產生磁場”。其來自於法拉第的電磁感應定律,隻要記住瞭就行。但如果非要問個為什麼,由於電磁方面的高手很多我就不班門弄斧瞭,大致的說說就是:電場和磁場是電磁張量的兩面,它們之間相互關聯。當由於參考系不同而使得觀察者和電荷之間的相對速度改變時,電磁張量就可能劈裂成瞭移動電荷所產生的電場和磁場。
我想多說的是第二個起源:以自旋為基礎的鐵磁性物質中的磁性。
首先,需要澄清一點。由於自旋是一些構成物質基本粒子(例如電子)的本質特性(如圖2)因此,從理論上來說,所有的物質都有“磁性”。不同的是,不同物質所表現出的磁性種類不同(如圖3)。而我們一般所說的“磁鐵”,主要是指具有獨立(無外場時)提供磁能(磁場)的“鐵磁性物質”,也就是永磁體。這就是我們所要講的重點。

怎麼從微觀角度解釋磁性產生的原因?-圖3

楂樺晩鍐佛煒:統一場理論會告訴大傢的。

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