Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 6: Tính chất từ của vật liệu (Phần 2) cung cấp cho học viên những kiến thức về nghịch từ - thuận từ; nghịch từ nguyên tử, nghịch từ Landau; thuận từ nguyên tử, lí thuyết lượng tử về hiện tượng thuận từ;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
VẬT LÍ CHẤT RẮN Phạm Đỗ Chung Bộ mơn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xn Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 Lớp Y19 – Sư phạm Vật lí Chương 6 Tính chất từ vật liệu Moment từ electron Moment từ nguyên tử, quy tắc Hund Phân loại vật liệu từ Nghịch từ Thuận từ Sắt từ Cấu trúc domain từ hoá vật liệu PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 Nghịch từ Độ cảm nghịch từ trung bình âm nhỏ (𝜒̅ ≈ 10&' ) • Tất vật liệu có tính nghịch từ (khí trơ với lớp vỏ điện tử đầy hoàn toàn, hay kim loại có độ cảm nghịch từ) • Tính chất nghịch từ biểu vật liệu tính chất từ khác • Ngun nhân tượng nghịch từ electron chuyển động quay quanh hướng từ trường a Nghịch từ electron chuyển động quay quanh nguyên tử (nghịch từ nguyên tử) b Nghịch từ electron tự kim loại (nghịch từ Landau) PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 Nghịch từ Nghịch từ ngun tử • Xét electron có quĩ đạo chuyển động quanh hạt nhân Lực từ tác dụng lờn electron l: = ì ã Lc t làm electron có thêm tần số Lamor: 𝜇 𝑒𝐻𝜔𝑟 = m 𝜔 𝑟 = 2mr𝜔∆𝜔 e𝜇 𝐻 ∆𝜔 = 2m • Moment từ của electron khi chưa có từ trường ngồi là: 𝑒 𝑒 8 𝜇=− 𝑚< 𝑟 𝜔 = − 𝑟 𝜔 2𝑚< PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 4 Nghịch từ Nghịch từ nguyên tử • Khi có từ trường ngồi, moment thay đổi: 𝑒 𝜇 𝑒 𝑟 ∆𝜇 = − 𝑟 ∆𝜔 = − 𝐻 4𝑚< • Xét hệ có N ngun tử, nguyên tử có Z electron, ta có độ cảm nghịch từ là: 𝜒>? ∆𝜇 𝑁𝜇 𝑍𝑒 B 𝑟C8 = 𝑁𝑍 =− 𝐻 4𝑚< 𝜒>? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 𝜇 𝑁𝑍𝑒 B 𝑟C8 =− 6𝑚< Nghịch từ Nghịch từ Landau • Nghịch từ Landau có nguồn gốc chuyển động electron tự từ trường gây nên • Vận tốc góc electron chuyển động quay quanh từ trường tần số cyclotron ⍵c=eB/m Chuyển động electron gây moment từ ngược hướng với từ trường ngồi Tuy nhiên khơng phải electron tinh thể có chuyển động Tính tốn số electron thay đổi năng lượng do từ trường PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 z // H v Nghịch từ Nghịch từ Landau • Chỉ electron gần mức Fermi thay đổi lượng từ trường ngồi • Với nhiệt độ thấp ta lấy mật độ electron nhận lượng từ trường tỉ lệ thuận với mật độ trạng thái mức Fermi 𝜒E = − 𝜇 Z(𝜖J )𝜇K 𝜒>? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 𝜇 𝑁𝑍𝑒 B 𝑟C8 =− 6𝑚< Thuận từ • Thuận từ tượng từ trường định hướng lại moment từ vật liệu Độ cảm thuận từ dương mang giá tr nh dM tt = dB ã Thuận từ nguyên tử (phân tử) có sẵn moment từ • Các ngun tử, phân tử có số electron lẻ • Các nguyên tử, ion tự với lớp vỏ khơng đầy (KLCT nhóm 3d, đất nhóm 4f) • Thuận từ spin điện tử dẫn (thuận từ spin Pauli) PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 Thuận từ Thuận từ nguyên tử • Mỗi nguyên tử có moment từ 𝜇 • Khi từ trường ngồi 0, moment từ nguyên tử định hướng hỗn độn • Năng lượng Zeeman: Z !! E (θ ) = − µB = − µ z B = − µ.B cosθ ! B ! µz θ PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 µ Thuận từ Thuận từ nguyên tử Moment từ trung bình nguyên tử trục z xác định: π ∫ µz µz = µ.B cos θ e kT sin θdθ π µ.B cos θ e kT ∫ Z=∫ sin θdθ cos θ sin θdθ π µ.B cos θ e kT ∫ sin θdθ sin θdθ α= ∫ =µ0 π µ.B cos θ e kT π µ.B cos θ e kT µB kT PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2018 ∂ (ln Z) dZ µz = µ =µ ∂α Z dα 10 Thuận từ Thun t nguyờn t M = nàL( ) ã 300K, B=1T ta có: α = µB kT