《磁性测量》开篇语磁性测量概况

磁性是什么M.FaradayP.A.M.Dirac（1928）Stern－Gerlach（1922）C.KittelP.AndersonW.PauliP.LangevinE.IsingF.BlochRKKY2004年磁学室《磁性测量》讲座“磁性测量概论”中国科学院物理研究所通用实验技术公共课程《磁性测量》赵同云磁学国家重点实验室2020年1月9日开篇语：磁性测量概况声明本讲稿中引用的图、表、数据全部取自公开发表的书籍、文献、论文，而且仅为教学使用，任何人不得将其用于商业目的。熙熙攘攘•学分选修：有教无类•浪费时间•误人子弟•问题（有奖）征集•考试题目、交6卷时间信息反馈：电话：8079；9271；9253电子邮件：[e-mail]天下熙熙，皆为利来。天下攘攘，皆为利往。我讲课的目的澄清一些基本概念规范测量的基本操作明确测量的基本原理和技术2010年～2013年反馈意见与建议（40个）•压缩课时！•参观、实践、答疑！•课件、讲义？仪器使用细节、注意事项？《计量测试技术手册》（第7卷电磁学）中国计量出版社1996年关于课件的使用磁学国家重点实验室：官方网页引用者：请注明出处！使用者：勿恶意删改、节录！未经授权用于商业目的者：后果自负！还是比较地道的！仅仅删掉了作者！磁性测量概论上海海事大学://://://magwell.net/download/CL.ppt读书人的事！投稿赚了多少钱？我的建议•习惯：养成成功的习惯•记录：争夺优先权的证据•曹贤语录：“每个人都遵循相同的人生方程，所不同的是初始条件和边界条件。”•院士授课：幸运的本科生马拉松、百米跑2014.03.08：MH370课程拟讲授的内容•磁性测量的概况（1）•磁性测量的基础（2）•磁性测量的原理和技术（3、6）•磁场的产生与测量（4、5）•测量仪器的使用（5、6、7、8）•磁性参数的测量（8、9）•样品的安装与位置（9）考试？磁性测量概论能够测量什么量？现有能力潜在能力怎么测量这些量？标准、规程原理、方法如何保证正确性？量值溯源量具检定计量Metrology计量Metrology0昨夜西风凋碧树，都上高楼，望望天涯路。从三个层面看磁性测量1.在计量学中的位置2.磁性测量的总体概况3.磁性参数、现象的测量能力1、在计量学中的位置1.1量的分类1.2量值的获得方式1.3计量体系（术语、概念）计量学123Metrologyjìliángxué1、在计量学中的位置计量学：关于测量的科学计量学基准单位制溯源性测量原理测量方法测量程序测量仪器标准物质计量测量人员校准检定计量学科学技术质量与检验标准与标准化本质上就是计量1、在计量学中的位置计量学分类法制计量legalmetrology：官方授权强制管理的计量。科学计量scientificmetrology工业计量industrialmetrology对下列内容的法定要求：计量单位、测量方法、测量设备和测量实验室企业内部的计量：源于需求，满足需求即真正意义的计量学，涉及十大类量的计量。几何、光学、电离辐射、力学、声学、热工、化学、电磁、无线电、时间频率管理需求基础1、在计量学中的位置计量学分类管理1、在计量学中的位置法制计量：基准、标准磁矩、磁通、磁场的基准、标准计量单位、测量原理、方法的标准定义：实现单位统一、量值准确可靠的活动。属性：准确性、一致性、溯源性与法制性计量：计量学分类需求基础1、在计量学中的位置测量原理、方法：探索材料的磁学性质：表征科学计量：基础性、探索性、先行性工业计量：产品相关企业标准的建立和使用产品标准的符合性验证1.1根据所测的量分类1、在计量学中的位置磁性测量属于电磁学类计量本课程参考该《手册》的以下内容：基准、标准术语仪器设备第1、2、7、8、19、20、21章1.1根据所测的量分类1、在计量学中的位置国家机构：中国计量科学研究院电磁计量科学研究所根据量值的获得方式分类根据量值获得的方式：静态测量、动态测量直接测量、间接测量、组合测量接触测量、非接触测量磁通测量、磁场测量、磁矩测量根据被测量与测量设备的相互关系：根据被测量的状态：根据被测量的种类：1、在计量学中的位置1.2根据量值的获得方式分类磁性测量的分类：直读测量法直接比较测量法与设备的相互关系：接触测量、非接触测量从测量原理的角度：间接测量被测量的种类：磁通、磁场、磁矩测量进行的方法与读数：从测量信号的角度：电信号1、在计量学中的位置1.3电磁学计量体系术语基准体系、测量标准仪器设备量值溯源检定与校准测量不确定度的评定1、在计量学中的位置1.3.1国家电磁学计量基准体系1、在计量学中的位置国家电磁计量基准体系：框图量子标准：绝对测量：《计量测试技术手册第7卷：电磁学》：图1－4vonKlitzing电阻标准：RK=h/e2Josephson电压标准：KJ=2e/h质子旋磁比：2010CODATA25812.8074434(84)483597.870(11)GHz/V2.675222005(63)108Hz/T12pp电流、电压、电阻、电感、电容、磁矩、磁通、磁感应强度1.3.2电磁学计量术语1、在计量学中的位置磁：一种可以“吸引”鍼的（磁）石【康熙字典】：本作礠。【说文解字】：石名。可以引鍼（zhēn）。【前汉艺文志】：作慈。【说文】慈，爱也。Loadstone:NaturallymagnetizedpiecesofmagnetiteMagnetite:Fe3O4,TN=858K,Magnetism:Magnetic:MagnesMagnesia1.3.2电磁学计量术语1、在计量学中的位置磁性：物质的一种固有属性MagnetismMagneticsMagneticPropertyof•磁性物质：具有某种（些）磁性的物质《磁性物理》宛德福、马兴隆编著•非磁性物质：不具有某种（些）磁性的物质磁结构：磁（性）结构？磁（矩）结构？源于自旋和运动的电荷1.3.2电磁学计量术语1、在计量学中的位置磁性测量：•测量：measurement以确定量值为目的的一组操作•磁性测量：“以确定磁学量量值为目的的一组操作”•量值：一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。MPMS：MagneticPropertyMeasurementSystem物质的（磁学）性质测量磁性非磁性1.3.2电磁学计量术语1、在计量学中的位置磁学量：与磁相关的各种量内秉的：仅由化学成分和晶体结构决定粒子自旋、原子磁矩、饱和磁化强度、磁晶各向异性、交换相互作用、自旋极化率表观的：不仅由化学成分和晶体结构决定，而且由具体的形态和制备工艺决定矫顽力、剩余磁感应强度、磁能积、磁化率、磁导率、退磁场材料空间：磁场关于JJG、JJF•JJG1013-1989《磁学计量名词术语及定义（试行）》•JJF1013-1993《磁学计量常用名词术语及定义》JJG：国家计量检定规程，用于检定和校准JJF：国家计量技术规范，用于校准2、磁性测量的总体概况2.1磁性测量的目的2.2磁性测量的依据2.3磁性测量的仪器设备2.1磁性测量的目的2、磁性测量的总体概况2.1.1有没有磁性2.1.2磁性的强弱2.1.3专业的磁性测量2.1.4应用相关的磁学性质2.1.5与安全相关的问题2.1.1有没有磁性2、磁性测量的总体概况一头雾水Whatyoumean?逻辑混乱：“偷”换概念答：在给定的环境条件下，所有的物质都有(某种)磁性类铁磁性慈、magnetic物质的固有属性磁性、magneticpropertyferro-ferri-sperro-类铁磁学国家重点实验室方案方案方案、、…磁性材料磁有序材料磁无序magneticordered“古人”“今人”2.1.1有没有磁性2、磁性测量的总体概况一头雾水Whatyoumean?专业语言：磁结构的确定第1种可能的含意：磁有序、磁无序？测量内容：磁矩等与温度、磁场等的关系宏观磁性测量：热磁曲线、磁滞迴线中子散射测量：原理唯一性电阻率测量：比热容量测量：磁矩类测量磁共振效应测量：磁性•物质的磁性（内禀）电子磁性原子核磁性晶态系统非晶态系统磁微粒系统磁稀释系统共线非共线磁无序抗磁性顺磁性抗磁性顺磁性－－顺磁性－－顺磁性核抗磁性核顺磁性（核磁性）磁有序铁磁性非共线铁磁性散铁磁性超铁磁性自旋玻璃（玻磁性）核铁磁性反铁磁性非共线反铁磁性散反铁磁性超反铁磁性混磁性核反铁磁性亚铁磁性非共线亚铁磁性散亚铁磁性－－？核亚铁磁性超顺磁性－－借01磁性•物体的磁性（表观@内禀）制备工艺相关物理原理决定尺寸效应（退磁因子）（天体基本粒子）结晶状态显微结构杂质状态Fe或者铁Co或者钴借022.1.1有没有磁性2、磁性测量的总体概况一头雾水Whatyoumean?专业语言：是否永磁材料第2种可能的含意：剩余磁感应强度？测量内容：磁滞迴线、矫顽力宏观磁性测量：磁滞迴线、剩磁NSNS磁矩类测量参考物：烧结钕铁硼磁体（NdFeB）2.1.2磁性的强弱2、磁性测量的总体概况两头雾水Whatyoumean?专业语言：剩余磁感应强度、表面磁场强度第1种可能的含意：“吸力”有多强？测量内容：磁滞迴线、剩磁宏观磁性测量：磁滞迴线、剩磁、表面场NSNS磁场类测量磁矩类测量参考物：烧结钕铁硼磁体（NdFeB）截面积！2.1.2磁性的强弱2、磁性测量的总体概况两头雾水Whatyoumean?专业语言：饱和磁化强度、磁化率第2种可能的含意：“磁矩”是多少？测量内容：磁化曲线、热磁曲线宏观磁性测量：磁滞迴线、热磁曲线磁矩类测量参考物：单质金属铁（Fe）中子散射测量：原理唯一性磁共振效应测量：Mössbauer谱磁光效应测量：MCD2.1.2磁性的强弱2、磁性测量的总体概况两头雾水Whatyoumean?专业语言：交换相互作用的强度第3种可能的含意：“相变温度”是多少？测量内容：热磁曲线、相变温度宏观磁性测量：热磁曲线磁矩类测量中子散射测量：电阻率测量：比热容量测量：磁共振测量：磁光效应测量：参考物：单质金属钴（Co）2.1.2磁性的强弱2、磁性测量的总体概况两头雾水Whatyoumean?第4种可能的含意：“铁磁性”的强弱？参考物：单质金属钴（Ni）强铁磁性、弱铁磁性费米面的位置：Stoner带隙、DOS自旋向上子能带的填充情况：满/不满Slater-Pauling曲线：二元合金的磁矩EF专业语言：自旋极化测量内容：自旋相关的能带结构更专业2.1.3专业的磁性测量2、磁性测量的总体概况1.4.1标准的建立和保持1.4.2磁场的产生与测量1.4.3磁结构与磁性相变的测定1.4.4磁性参数的测量1.4.5时域和频域特性的测试1.4.6磁相关的成像仅有标题2.1.4应用相关的磁学性质2、磁性测量的总体概况仅有标题以应用为主要目的：磁场类装置磁化方法以及磁化状态的稳定性主要以磁通或者磁场的形式使用化学成份的稳定性抗干扰的能力：如，辐射2.1.5与安全相关的问题2、磁性测量的总体概况仅有标题人身安全：交变磁场静态磁场射频磁场微波磁场电磁兼容：频率幅值时间设备安全：2.2磁性测量的依据2、磁性测量的总体概况2.2磁性测量的依据•磁性测量原则各种谱物质力、声热电磁光粒子人借03盘点我们的本事2、磁性测量的总体概况2.2磁性测量的依据•磁性测量原理宏观物理效应微观物理效应磁共振效应电磁感应原理磁矩测量磁场测量磁通测量间接测量－直接测量借042、磁性测量的总体概况2.2磁性测量的依据•电磁感应原理面积