原子物理6在磁場中的原子-資料下載頁
2025-01-13 14:41本頁面
【正文】 ???? MMM112 ???? MMMB?B?B?0M?? B?B?B?B???1??1B? 正常塞曼效應(yīng) ， 產(chǎn)生于 S=0, g=1 的系統(tǒng) ，此時不涉及自旋 ， 所以經(jīng)典理論就可以對它作出解釋 。 在發(fā)現(xiàn)并解釋了正常塞曼效應(yīng)的同時 ，人們觀察到 ， 一般情況下 ， 光譜的分裂數(shù)目并不是三個 ， 間隔也不相同 。 從 1897年發(fā)現(xiàn)反常塞曼效應(yīng) ， 在長達三十年的時間內(nèi) ， 人們一直無法解釋它 ， 直到電子自旋假設(shè)提出后 ， 反常塞曼效應(yīng)才得到合理的解釋 。 對 Zeeman躍遷的選擇定則的解釋 產(chǎn)生 ? 線 (但 時， 除外 ) 0??M0??J 00 12 ??? MM例：討論鋅 3S1態(tài)向 3P1態(tài)躍遷的塞曼效應(yīng)。 L S J M g Mg 3S1 0 1 1 0， 177。 1 2 0， 177。 2 3P1 1 1 1 0， 177。 1 3/2 0， 177。 3/2 M 1 0 1 M2g2 2 0 2 M1g1 3/2 0 3/2 (M2g2 M1g1)= 1/2 1/2 3/2 2 2 3/2 3S1→ 3P1 L)2,23,21,21,23,2()1(~ ?????????3S1 3P1 無磁場 有磁場 M Mg 1 0 1 2 0 2 1 0 1 3/2 0 3/2 L)2,23,21,21,23,2()1(~ ????????? 上述塞曼效應(yīng)是在弱磁場中 (即磁場不破壞 LS耦合的情況 )觀察到的 。 若外磁場增加到很強時 ， 破壞了 LS耦合 ， 則一切反常塞曼效應(yīng)將趨于正常塞曼效應(yīng) ， 這種現(xiàn)象稱為帕邢 — 巴克效應(yīng) 。 四、帕邢 — 巴克效應(yīng) 磁場很強破壞了 LS耦合 ， 此時 PL和 PS互不相干的各自繞外磁場 B進動 ， 因此原子系統(tǒng)受外磁場B作用所獲得的附加能量為兩部分進動能量之和 。 BMMBμBμEBSLSL?)2( ????????????SSSMLLLMSL????????,1,1,理論解釋 式中 而 LMMMMSLSL)1,0(~39。~~1,0)2(01,0?????????????????167。 抗磁性、順磁性和鐵磁性 一 、 抗磁性 當(dāng)磁化強度為負(fù)時 ， 固體表現(xiàn)為抗磁性 。 Bi、 Cu、 Ag、Au等金屬具有這種性質(zhì) 。 在外磁場中 ， 這類磁化了的介質(zhì)內(nèi)部的磁感應(yīng)強度小于真空中的磁感應(yīng)強度 。 抗磁性物質(zhì)的原子 （ 離子 ） 的磁矩應(yīng)為零 ，即不存在永久磁矩 。 當(dāng)抗磁性物質(zhì)放入外磁場中 ， 外磁場使電子軌道改變 ， 感生一個與外磁場方向相反的磁矩 ， 表現(xiàn)為抗磁性 。 所以抗磁性來源于原子中電子軌道狀態(tài)的變化 。 抗磁性物質(zhì)的抗磁性一般很微弱 ， 磁化率一般約為 106， 為負(fù)值 。 二 、 順磁性 順磁性物質(zhì)的主要特征是 ， 不論外加磁場是否存在 ， 原子內(nèi)部存在永久磁矩 。 但在無外加磁場時 ， 由于順磁物質(zhì)的原子做無規(guī)則的熱振動 ， 宏觀看來 ， 沒有磁性；在外加磁場作用下 ，每個原子磁矩比較規(guī)則地取向 ， 物質(zhì)顯示極弱的磁性 。 磁化強度與外磁場方向一致 ， 為正 ， 而且嚴(yán)格地與外磁場 H成正比 。 順磁性物質(zhì)的磁性除了與 H有關(guān)外 ， 還依賴于溫度 。 其磁化率 χ與絕對溫度 T成反比： χ=C/T 式中 ， C稱為居里常數(shù) ， 取決于順磁物質(zhì)的磁化強度和磁矩大小 。 順磁性物質(zhì)的磁化率一般也很小 ， 室溫下約為 105。 一般含有奇數(shù)個電子的原子或分子 ， 電子未填滿殼層的原子或離子 ，如過渡元素 、 稀土元素 、 鋼系元素 ， 還有鋁鉑等金屬 ， 都屬于順磁物質(zhì) 。 三 、 鐵磁性 過渡族金屬 （ 如 Fe、 Co、 Ni等 ） 及它們的合金和化合物所具有的磁性 。 室溫下磁化率可達 103數(shù)量級 。 研究簡史： 鐵磁理論的奠基者 ， 法國物理學(xué)家 1907年提出了鐵磁現(xiàn)象的唯象理論 。 他假定鐵磁體內(nèi)部存在強大的“ 分子場 ” ， 即使無外磁場 ， 也能使內(nèi)部自發(fā)地磁化；自發(fā)磁化的小區(qū)域稱為磁疇 ， 每個磁疇的磁化均達到磁飽和 。 實驗表明 ， 磁疇磁矩起因于電子的自旋磁矩 。 1928年 伯首先用量子力學(xué)方法計算了鐵磁體的自發(fā)磁化強度 ， 給予外斯的 “ 分子場 ” 以量子力學(xué)解釋 。 1930年 自旋波理論 。 海森伯和布洛赫的鐵磁理論認(rèn)為鐵磁性來源于不配對的電子自旋的直接交換作用 。 鐵磁性的特點： ① 在外磁場作用下較易達到磁飽和 ， 此時磁化強度不再隨外磁場的增加而增加 ， 而一般順磁體則很難達到磁飽和 。 ② 磁化強度與磁場強度間的關(guān)系不是線性的 ， 即磁化率和磁導(dǎo)率不是常數(shù) ， 而順磁體的磁化率和磁導(dǎo)率在一定溫度下是常數(shù) 。 ③ 存在一個臨界溫度 Tc， 當(dāng)溫度高于 Tc時鐵磁性消失 ， 鐵磁體轉(zhuǎn)變成順磁體 ， Tc稱為居里溫度或居里點 。 在居里溫度附近磁導(dǎo)率和比熱容呈現(xiàn)反常增加 。 ④ 外磁場變化時 ， 磁化強度的變化滯后于外磁場的變化 ，此稱磁滯效應(yīng) ， 磁滯效應(yīng)表明鐵磁體的磁化過程包含了明顯的不可逆過程 。 當(dāng)撤去外磁場時 ， 鐵磁體仍保留部分磁性 ，磁化強度不為零 ， 稱為剩磁 。 而順磁體在撤去外磁場時 ， 磁化強度立即變?yōu)榱?。
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