1、本科毕业论文（20 届）反铁磁薄膜电磁模的性质所在学院 专业班级 应用物理学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 反铁磁薄膜电磁模的性质摘 要磁性是物质众多属性中的一种，从微观粒子到宏观物体，大到宇宙、运动的天体等，都具有一定程度的磁性。宏观物体磁性有着多种形式，由弱磁性质的抗磁性、顺磁性、反磁性至强磁性质的铁磁性、亚铁磁性，它们的形成机理各不相同。研究物质磁性及其形成机理是现代物理学的重中之重。在工农业生产、日常生活和现代科技等各个领域有着重要的应用。所以在研究物质磁性以及形成原理上，提高磁性材料的性能，开拓磁性材料应用领域成为主要研究方法和内容。本文将对反铁磁薄膜电磁模进行研
2、究，探究其色散关系，学习铁磁学 、 电动力学了解反铁磁薄膜电磁模的磁化率，色散关系，对其磁化率和色散关系进行推导。关键词：反铁磁体、电磁模、磁化率、色散关系Properties of antiferromagnetic films of the electromagnetic modeABSTRACTMagnetism is one of properties of substance. Everything in the universe has more or less magnetic property no matter microscopic particle or moving c
3、elestial body. Microscopic object has many magnetic forms which have distinct mechanism of formation from the weakly magnetic propertys diamagnetism and paramagnetism to strongly magnetic propertys ferromagnetism and ferrimagnetism. The priority of modern physics is the study of the magnetic propert
4、y and formation mechanism of substance, which is widely used in many fields such as the industrial and agricultural production, peoples daily life, modern technology and so on. Therefore, based on the study of magnetic property of substance and the mechanism of formation, the main method and content
5、 of research are to improve the performance of substance and enlarge the application field of magnetic material. This paper focuses on the study of antiferronagnetic film with the exploration of dispersion relation and study ferronagnetics and electrodynamics. Key Words: Antiferromagnet、Electromagne
6、tic mold、Magnetic susceptibility、The dispersion relations目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 反铁磁物质简介2第二章 反铁磁物质32.1 反铁磁物质及其基本磁性32.2 分子场理论92.2.1 简单立方和体心立方晶体102.2.2 面心立方晶体16第三章 电磁模183.1 电磁模的研究与发展历史183.2 体模、表面模18第四章 磁化率214.1 反铁磁薄膜电磁模线性磁化率和磁导率214.2 反铁磁薄膜电磁模非线性磁化率和磁导率24第五章 色散关系285.1 反铁磁薄膜电磁模色散关系及推导28总 结33参考文献34致 谢35天津理工
7、大学 2015 届本科毕业论文1第一章 绪论1.1 引言磁子或自旋波是基本的元激发。磁性晶体上每个格点都有一个磁性原子，同时带有小磁矩，然而磁矩间存在着相互作用，当温度很低时，磁矩一般会沿着一个特定的方向运动。在外部因素的影响下，不同的原子上磁矩运动相位会有所不同。从而形成集体激发模，我们把这种模称为自旋波。呈现铁磁性，而磁矩间存在交换相互作用呈现反铁磁性，这种作用是短程，强大，决定着磁相变、磁化、磁化率、磁比热和温度的关系。自旋波的波长划分为：短波长自旋波（1 100 ） ，交换作用占主要，偶极作用可以忽略。 偶极交换模式oAo（100 0.1 ） ，交换作用与偶极作用相当。偶极区（波长大于
8、 1 ） ，短程交换作用om m对自旋波能量小，被忽略。所以自旋波存在两种模式：静磁模，电磁模。本文对反铁磁薄膜电磁模进行研究，探究其色散关系，了解反铁磁薄膜电磁模的磁化率、色散关系，对磁化率和色散关系推导。下面是第二种电磁模。模式下，磁矩不规律进动产生变化的电场和磁场一样重要。电磁模现在已经可以通过 ATR（衰减总反射率）来精确研究。自旋波偶极模式分布于微波、红外、直至可见光。旋磁性铁磁，磁化满足 LandauLifshitz 方程： HMdt 0在高斯制的情况下公式中 ， ， 。其中 是物质饱10mM0 hH00和磁化强度。 为外加稳恒磁场。 ， 分别为 , 的交变部分。 没有磁0Hh晶的
9、各向异性场。令 ， 平行 z 轴，得出线性磁化率和磁导率0M00)(1221ii 10)(1)( 221ii天津理工大学 2015 届本科毕业论文2其中 ，202021)( mHM2020)(mHM被叫做两个特征频率。 为磁化运动、交变磁场圆频率。0，m旋磁性双子格反铁磁物质单轴各向异性，不可以忽略磁矩的反平行排列导致的交换作用场。子格磁化得到如下式子：aaaHMdt 0 bbHMdt0作用在 有各向异性场，交换场、外稳恒磁场、交变磁场。设 是反baH和 bam铁磁动力学磁化，z 轴和各向异性轴与外场方向相同时可以得出动力学的磁化率。非零分量可表示为 2022022 2022021 )(1)(
10、1)()( rram rram磁导率张量 )(1)(没有外加磁场的情况下，磁化率和磁导率张量为对角。1.2 反铁磁物质简介反铁磁物微观结构是两套磁性子格嵌套，磁性子格磁矩平行排列，磁性子格磁矩相等，方向相反，磁化率几乎是零。大多数为金属化合物是反铁磁物质。反铁磁物质的磁性弱，要用精密仪器才能检测。所以目前对反铁磁物质主要集中在理论研究，而在实际应用比较少。对于反铁磁物质理论研究有着很大的意义。天津理工大学 2015 届本科毕业论文3第二章 反铁磁物质2.1 反铁磁物质及其基本磁性日本人本多、曾根与石原等人对反铁磁物质研究最早，测量MnO，Cr 2O3，CuBr 2，CuO，NiO 由液态空气至
11、 1000 摄氏度范围的磁化率变化。Bizette 等人对 MnO 的磁化率有了更精确的测量，温度低到 14K。测量 MnO 从反铁磁性到顺磁性转变的温度（T N）是 116K。在这个温度往上，MnO 的磁化率符合居里外斯定律 在式子PTC中 可以算出 Mn2+离子有效的子数为 5.95，和按照洪德定则计算的。KmolcCP610,40.3理论值 5.92 很相似。在图 21 中验证了测量结果。系统的研究反铁磁始于 20 世纪 30 年代，在之后的 20 多年研究中，发现了如下的规律：（1）其中的临界温度，称为奈尔温度（T N） 。TT N时，反铁磁性变成顺磁性，磁化率满足居里外斯定律 。很多
12、反铁磁性物质的顺磁奈尔温度是正值，有时也可以是PTC负值。（2）当 TTN时，反铁磁性。磁化率随着温度降低而减小。T N点的 极大值，图 21所示。（3）T N点周围，除了磁化率 有反常变化外，比热与热膨胀温度系数将出现反常高峰（图 22 与图 23 所示） ，杨氏模量可能反常变化。这表示 TN是二类相变温度。天津理工大学 2015 届本科毕业论文4天津理工大学 2015 届本科毕业论文5（4）存在磁晶各向异性。单晶体，不同的晶轴方向测磁化率不同。图 24 引用并且验证了毕载特与蔡柏龄对 MnF2单晶体沿着平行与垂直四角晶系 c 轴方向上的测量结果。天津理工大学 2015 届本科毕业论文6图表
13、是常见反铁磁的磁性常数。由表中数据可知反铁磁的奈尔温度在室温之下。天津理工大学 2015 届本科毕业论文7奈尔提出反铁磁物质相邻离子的磁矩反平行概念。在 20 世纪 50 年代将中子衍射方法分析磁结构之后得到验证。中子衍射能够直接反应磁结构唯一的实验方法，对反铁磁和其他磁结构研究起着重要作用。研究方法是 X 射线衍射分析。X 射线衍射只能分析确定的原子形成的晶格结构，没有办法确定原子磁矩空间方向。具有一定能量的一束中子通过磁有序物（比如反铁磁）粉末样品，中子收到原子核和核外电子磁矩作用，将会发生衍射现象。分析衍射图形能确定原子在晶体中的位置和原子磁矩排列方向。1949 年，中子衍射确定磁结构（原子磁矩在晶格中方向分布） 。沙勒用此方法测量磁结构。从图中可以看出锰离子近邻离子都是非磁性的氧离子，虚线表示两个相邻角归属于磁矩相反的两种次晶格。特点是：每个氧离子两侧的两个锰离子的磁矩都是反平行的。
