《物理磁性测量之原理和技术教学讲座-中科院物理所通用实验技术公共课程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理磁性测量之原理和技术教学讲座-中科院物理所通用实验技术公共课程（254页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国科学院物理研究所 通用实验技术公共课程,磁性测量,磁学国家重点实验室,第二讲：原理和技术,目 录,中子散射 电磁感应定律 磁光效应 磁电效应 磁力（学）效应 磁共振效应 磁热效应,中子散射的原理和技术,中子的特性中子的磁散射中子散射在磁性测量中的独特地位,中子散射的原理和技术,Neutron Scattering from Magnetic Materials, Tapan Chatterji ed., Elsevier B. V., Amsterdam (2006).,中子衍射技术及其应用（现代物理基础丛书第42卷），姜传海、杨传铮，科学出版社，2012年。中子物理学：原理、方法与应用（
2、上册、下册），丁大钊、叶春堂、赵志祥，原子能出版社，2005年。,参考资料：,中子的特性,Sir James Chadwick（18911974）,1932年1935年,约里奥居里夫妇（错过的粒子）,发现者,遗憾者1931年,电子磁矩：,中子磁矩：,电子质量：me = 9.109 382 91(40)1031 kg,中子质量：mn = 1.674 927 351(74)1027 kg,取自CoData 2010,中子的特性,Louis de Broglie（18921987）,1924年,经典电子半径：,中子半径：？,取自CoData 2010,deuteron rms charge radi
3、us：,粒子？波？,中子的能量：快中子、慢中子、热中子、冷中子、,中子动能热能,Maxwell-Boltzmann速率分布,中子的特性,热中子的波长：,无（线电是中子）所不能的,中子的用处,核物理研究：常规粒子,无（线电是中子）所不能的,材料性质研究：全能粒子,材料性质改造：特种粒子,晶体结构、磁结构、应力、动力学,CHNO,同位素制造、核废料再生,中子的磁散射,Clifford Glenwood Shull（19152001）Ernest Omar Wollan（19021984）,1994年,Bertram Neville Brockhouse（19182003）,技术,谱学,1940s
4、,中子微分散射截面的主方程（master formula）：,取自“参考资料1”,下标“0”：入射；下标“1”：出射,中子的磁散射,1940s ,散射截面：,n0：单位面积的入射中子数,入射中子,样品,（，）方向,n：立体角内的出射中子数,微分散射截面：,0 1,（E0, k0, 0）,（E1, k1, 1）,双微分散射截面：,出射中子,全微分散射截面：,中子的磁散射,1940s ,几个算符：,电子自旋和轨道磁矩所产生的磁场：,中子磁矩在电子所产生的磁场中的位势：V,中子的磁散射,1940s ,几个算符：,中子的散射矢量算符：,中子的位移矢量算符：,样品,k0,k1,q,r,ri,R,磁相互作
5、用算符：,求和遍及所有的未成对电子,：单位波矢量,中子的磁散射,1940s ,几个算符：,中子的磁散射,1940s ,几个算符：,电子的自旋磁化强度算符：,自旋的磁化强度（实空间）：,自旋密度：,自旋的磁化强度（动量空间）：,（自旋）磁相互作用算符：,中子的磁散射,1940s ,几个算符：,电子的轨道磁化强度算符：,轨道的磁化强度（动量空间）：,（轨道）磁相互作用算符：,中子的磁散射,1940s ,几个算符：,电子的总磁化强度算符：,总磁化强度：,磁相互作用算符：,中子的磁散射,1940s ,什么意思：,k1,k0,q,D,D,在特定方向可以检测到被磁（化强度）散射的中子,与中子散射矢量q的关
6、系：,中子的磁散射,1940s ,与中子自旋取向的关系：,热中子：,，：笛卡儿坐标系的坐标分量,中子的磁散射,1940s ,，：笛卡儿坐标系的坐标分量,Pauli自旋算符的性质：,Kroneckers delta：,与中子自旋取向的关系：,中子的磁散射,1940s ,，：笛卡儿坐标系的坐标分量,与中子自旋取向的关系：,磁化强度,散射矢量,方向性,中子的磁散射,1940s ,最后一个通用方程：,与磁矩位置的关系：,空间位置,Dirac Delta：,局域电子、巡游电子、自旋-轨道耦合,中子的磁散射,1940s ,（例）局域电子体系：,与磁矩位置的关系：,原子位置关联函数,磁矩取向关联函数,f (
7、q)：中子磁散射的形状因子（磁性电子密度分布）,f (q) ：随散射角增大，衰减比X射线更快；中子核散射的形状因子：与散射角度无关。,空间位置,中子的磁散射,1940s ,（例1）顺磁体系：,空间位置,漫散射项：,Bragg散射项：,k1,k0,q,外加磁场B,Bravais胞倒格矢,磁场中的顺磁体,中子的磁散射,1940s ,（例2）铁磁体系：,空间位置,k1,k0,q,外加磁场B,Bravais胞倒格矢,饱和磁化的铁磁体：,各向同性的铁磁体：,中子的磁散射,1940s ,（例3）反铁磁体系：,空间位置,晶格（原子核）的Bravais胞倒格矢,各向同性的铁磁体：,磁（矩）晶格的Bravais
8、胞倒格矢,磁结构的波矢,简单立方,中子散射的独特地位,磁结构的唯一性问题：逻辑,中子散射的实验：仪器和样品,实验数据的解析：磁群（二色群）,同步辐射的磁散射：第二个？,中子散射：目前，唯一的、可信赖的、直接判定磁结构的技术。,反铁磁性？超顺磁性？自旋玻璃？磁晶各向异性？,铁磁性？亚铁磁性？超顺磁性？,原命题：如果A成立 B成立；（A是B的充分条件）逆命题：如果B A成立；（A是B的必要条件）否命题：如果A不成立 B不成立；（A是B的必要条件）逆否命题：如果B不成立 A不成立；（A是B的充分条件）原命题与逆否命题一定为真；逆命题和否命题不一定为真；所有命题都为真，则A是B的充分必要条件（充要条件
9、）,应该注意的问题,逻辑,如果A成立 B成立,A是B的充分条件；B是A的必要条件,设“A”“具有铁磁性”； “B”“存在磁滞迴线”,如果“具有铁磁性”必然“存在磁滞迴线”,如果“存在磁滞迴线”不一定“具有铁磁性”,充分条件非必要条件,学会 了 多少知识学会 了 使用 多少知识,电 磁 感 应 原 理,Faraday Law ofElectromagnetic Induction,电磁感应定律Faradays Law,电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通变化率成正比。,1831年08月29日，法拉第（Michael Faraday, 1791.09.221867.08.25）,电路移动：
10、,磁场变化：,费曼物理学讲义（中文版）第2卷，第195页：“我们知道，在物理学的其它领域里还没有一个这么简单而又准确的普遍原理竟需要从两种不同现象作出分析才能真正加以理解的。通常，这么一个优异的普遍性总是发源于一个单一而又深刻的基本原理。”,电磁感应1,电 磁 感 应 原 理,面积A,磁通量,电磁感应2,匝数,Faraday-Maxwells Law,电磁感应原理的应用基础,磁偶极子假设变化磁通的技术实现变化磁通的测量,电 磁 感 应 原 理,磁通量,电磁感应3,必须明确的几个问题,自由空间的稳态磁通可以直接测量磁通计样品内部的稳态磁通无法直接测量 ？变化的磁通可以直接测量,如何产生变化的磁通
11、如何测量变化的磁通,电 磁 感 应 原 理,电磁感应4,必须明确的几个问题,1、变化的磁通,2、检测线圈,3、磁矩定标,电 磁 感 应 原 理,电磁感应5,t0,t1,(t),t,冲 击 法磁 强 计电 动 法感应（测量发电机）法,电 子 积 分 器、数 字 积 分 器,各种手动、自动直流磁性测量仪器,磁矩、磁场、磁通及其测量,从定义出发理解测量的含义,磁通密度（磁感应强度 ）B,表示磁场强弱程度,磁 通,磁 光 效 应,Magnetooptical Effects,2.2 磁性测量的依据,物理效应之二：磁光,借07,2、磁性测量的总体概况,磁与光及相关效应,光的吸收、散射和色散,M（B）,z
12、,x,y,O,E,M (B),参考读物,关于偏振、透射、反射、散射、吸收（电动力学）“Magneto-optical effects”, P. S. Pershan, J. Appl. Phys., 38, 1482-1490 (1967). 计量测试技术手册第7卷电磁学，中国计量出版社，1996磁性测量，周世昌 编，电子工业出版社，1994拉曼 布里渊散射，程光熙 著，科学出版社，2001“Magnetic dichroism in core-level photoemission”, K. Starke, Springer-Verlag, 2000“X-ray scattering and
13、 absorption by magnetic materials”, S.W. Lovesey, S.P. Collins, Oxford U. Press, 1996,参考读物,“Spin Dynamics in Confined Magnetic Structures I (Topics in Applied Physics, 83)”, by Burkard Hillebrands, Kamel Ounadjela, B. Hillebrands, $159.00, 388 pages, Springer-Verlag Telos; (January 1, 2002), ISBN: 3
14、540411917“Spin Dynamics in Confined Magnetic Structures II (Topics in Applied Physics, 87)”, by Burkard Hillebrands, Kamel Ounadjela, $189.00, 440 pages, Springer-Verlag; (March 18, 2003), ISBN: 3540440844 “Spin Dynamics in Confined Magnetic Structures III”, by Burkard Hillebrands (Editor), Andre Th
15、iaville (Editor), $225.00, 350 pages, Springer-Verlag; (September 15, 2004), ISBN: 3540201084,参考读物,“Group Theory in Spectroscopy with applications to Magnetic Circular Dichroism”, by Susan B. Piepho, Paul N. Schatz, Wiley-Interscience Monographs in Chemical Physics, Sean P. McGlynn , Editor, (1983). John Wiley & Sons, Inc., ISBN: 0-471-03302-2“Inelastic Scattering of X-Rays with Very High Energy Resolution”, by Eberhard Burkel, Springer Tracts in Modern Physics, Volume 125, Springer-Verlag; (1991), ISBN: 3-540-54418-6,
