当前位置:首页 > 电子/通信 > 综合/其它 > 【2016年】第10讲:磁性参数的测量-2-ZFC和FC
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2月24日第十讲:磁性参数的测量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。磁性测量中ZFC和FC数据的获得与解释原理与逻辑2007年磁性测量讲座磁学国家重点实验室参考资料MagneticSusceptibilityofSuperconductorandOtherSpinSystemsEds.R.A.Hein,T.L.Francavilla,andD.H.LiebenberdPlenum,NewYork,1991Spinglasses:Experimentalfacts,theoreticalconcepts,andopenquestionsK.BinderandA.P.YoungReviewsofModernPhysics,1986,Vol.58,No.4,p.801-p.976ProbingmagneticphasesindifferentsystemsusinglinearandnonlinearsusceptibilityinFrontiersinMagneticMaterials,(Ed.A.V.Narlikar,Springer2005),p.43-p.69A.Banerjee,A.Bajpai,andSunilNair《铁磁材料手册(I)》第2章(中文版第50页~第129页)问题:如果样品的ZFC曲线与FC曲线不重合1.能否唯一确定其磁结构?2.根据宏观磁性测量方法如何确定其磁结构?3.其它测量方法?内容ZFC和FC的测量及其历史物理机制测量数据的分析附录:公式的推导课后作业-8为什么要测量ZFC和FC曲线?你是怎样测量的?ZFC和FC的测量及其历史ZFC与FC的测量研究历史概述ZFC与FC的测量•测量条件与过程:静态磁场M-T曲线ZFCzerofieldcoolingFCfieldcooling测量条件磁场H=Hmeas温度T1~T2测量过程升温测量降温H=0H=Hmeas升温H=HmeasH=Hmeas降温测量FCH=HmeasZFC与FC的测量•测量结果:完全相同无磁相互作用的样品,如顺磁体、抗磁体基本相同具有长程磁相互作用的各向同性样品明显不同:“分叉”、“”形类自旋玻璃样品;超顺磁性样品;发生各向异性变化的样品;超导临界温度以下的II类超导体…TMTMZFCFCZFCFCTfTcM()-T曲线尖峰与分叉现象的研究历史概述1890年~TM()ZFCFCTp分叉是尖峰导致的必然结果图像•几何尺度与(弛豫)时间、(热、磁场)历史相关的亚稳现象•能量状态•磁化过程外磁场、磁各向异性、磁相互作用的竞争一、大Fe块会分叉Hopkinson效应及其应用1890年,Hopkinson效应的发现(J.Hopkinson)Z.f.Angew.Phys.,8(1956)313,382&496Proc.R.Soc.Lond.,48(1890),1Ni和Fe的初始磁化率在接近TC处出现尖峰1956年,Hopkinson效应的解释(M.Kersten)SiniKM尖峰对应磁各向异性0的温度技术饱和磁化(永磁材料)!ZeitschriftfürangewandtePhysik(所图V.1~V.32)都在第8卷感谢钱金凤更正了卷号Fe、Co、Ni的起始磁化率•Fe、Ni的起始磁化率~温度关系0100200300400500600700800-1002000-200100030000T(C)i摘自《铁磁性物理》近角聪信,图18.20居里温度的确定•常见方法?T=TCTMdM/dTT=TCTM2dM2/dT依据是什么?一、大Fe块会分叉磁畴结构1907年,磁畴假说的提出(P.Weiss)J.Phys.,6(1907)6611919年,Barkhausen效应的发现(H.Barkhausen)1907年~:磁畴假说的实验验证Phys.Z.,20(1919)4011931年,Bitter粉纹法的发明(F.Bitter)Phys.Rev.,38(1931)19031935年,磁畴结构的平均场理论预言(L.Landau&E.Lifshitz)Phys.Z.SowjetU.,8(1935)153…二、小Fe块也分叉单畴颗粒1930年,磁畴临界尺寸的预言(J.Frenkel&J.Dorfman)Nature,126(1930)2741930年~:单畴临界尺寸的计算C.Kittel,Phys.Rev.,70(1946)965E.Kondorsky,DokladyAkad.NaukS.S.S.R.,82(1952)365E.H.Frei,S.Shtrikman&D.Treves,Phys.Rev.,106(1957)446W.F.Brown,Jr.,J.Appl.Phys.,29(1958)470…二、小Fe块也分叉超顺磁性(SPM)颗粒1936年,Langevin模型(E.C.Stoner)Phil.Trans.Roy.Soc.(London),A235(1936)1651948年,Stoner-Wohlfarth模型(E.C.Stoner&E.P.Wohlfarth)Phil.Trans.Roy.Soc.(London),A240(1948)599Ann.Géophys.,82(1952)365…1949年,磁矩Brown运动的提出(L.Néel)圭臬J.Appl.Phys.,26(1955)13811955年,术语超顺磁性的提出(C.P.Bean)1959年,微磁学理论计算(W.F.Brown,Jr.)J.Appl.Phys.,30(1958)130S二、小Fe块也分叉超顺磁性(SPM)颗粒1954年,实验(W.Heukelom,J.J.Broeder&L.L.vanReijen)J.Chim.Phys.,51(1954)4741956年,实验(C.P.Bean&I.S.Jacobs)J.Appl.Phys.,27(1956)14481956年~:汗牛充栋磁性记录密度极限!!磁性液体!永磁材料!地质探矿1965年,Mössbauer实验(W.J.Schuele,S.Shtrikman&D.Treves)J.Appl.Phys.,36(1965)1010三、Fe原子(团)更分叉临界浓度、交换相互作用1964年,始作俑者不是JunKondo(近藤淳)J.Kondo,Prog.Theor.Phys.,32(1964)371964年,-T低温极大值(O.S.Lutes&J.S.Schmit)近藤效应:稀释磁性合金电阻率~温度曲线极小值1931年,AuFe(J.W.Shih)Phys.Rev.,134(1964)A676Phys.Rev.,38(1931)20511957年,-T低温极大值(CuMn,AgMn)J.Owen&M.E.Browne,V.Arp&A.F.Kip,J.Phys.Chem.Solids,2(1957)851951年,R-T低温极大值(AgMn)A.N.Gerritsen&J.O.Linde,Physica,17(1951)573&584Au(Cr,Mn,Fe)三、Fe原子(团)更分叉混磁性、自旋玻璃(SG)M.H.Bancroft,Phys.Rev.,B2(1970)25971970年,术语:磁性玻璃的提出(B.R.Coles)P.W.Anderson,Mater.Res.Bull.,5(1970)5491970年,术语:自旋玻璃的提出(B.R.Coles)LocalisationtheoryandtheCu---Mnproblem:SpinglassesMetallurg.Mater.Trans.,2(1971)20151971年,术语:混磁性的提出(P.A.Beck)Phys.Rev.,B6(1972)42201972年,AuFe合金集大成(V.Cannella&J.A.Mydosh)三、Fe原子(团)更分叉混磁性、自旋玻璃(SG)1975年,EA理论(S.F.Edwards&P.W.Anderson)J.Phys.F:MetalPhys.,5(1975)965模型与理论1971年~,SPM模型(Beck,Tholence,Wohlfarth)E.P.Wohlfarth,Phys.Lett.,70A(1979)489iiqSS圭臬J.Phys.F:MetalPhys.,5(1975)L49Phys.Rev.Lett.,35(1976)1792SK模型(D.Sherrington&S.Kirkpatrick,)Frustration/Block平均场重整化群高温展开Phys.Rev.Lett.,34(1975)1438K.H.Fischer,三、Fe原子(团)更分叉混磁性、自旋玻璃(SG)1976年,EA理论序参量q的含义(Matsubara,Sakata&Katsura)F.Matsubara&M.Sakata,Prog.Theor.Phys.,55(1976)672iiaverageqSSS.Katsura,Prog.Theor.Phys.,55(1976)10491977年,EA理论序参量q的含义(Chalupa&Mizoguchietal)J.Chalupa,SolidStateCommun.,22(1977)315非线性磁化率T.Mizoguchi,T.R.McGuire,S.Kirkpatrick&R.J.Gambino,Phys.Rev.Lett.,38(1977)89M.Suzuki,Prog.Theor.Phys.,58(1977)1151三、Fe原子(团)更分叉混磁性、自旋玻璃(SG)1979年~1980年,(Y.Miyako,etal)J.Phys.Soc.Japan,46(1979)1951J.Phys.Soc.Japan,47(1979)335J.Phys.Soc.Japan,48(1980)329非线性磁化率的实验综述:K.Binder&A.P.Young,Rev.Mod.Phys.,58(1986)801MagneticSusceptibilityofSuperconductorandOtherSpinSystemsEds.R.A.Hein,T.L.Francavilla&D.H.Liebenberd,1991,NewYork四、涛声依旧SG与SPM的区分及其它Science,315(2007.08.31)1199-1203?,?,?(?)?ProbingmagneticphasesindifferentsystemsusinglinearandnonlinearsusceptibilityinFrontiersinMagneticMaterials,(Ed.A.V.Narlikar,Springer2005),p.43-p.69A.Banerjee,A.Bajpai,andSunilNair统一理论单个Fe、Mn原子的各向异性Ising、Heisenberg、XY、BetheLattice、Mattis、SK、RandomBond…EA物理机制类超顺磁性类自旋玻璃?类各向异性其它?ZFC与FC差异的起源I超顺磁性的物理机制类超顺磁性(SPM)•都是纳米惹的祸0209wSRM球形单畴临界(半径)尺寸:(Fe~18[2]nm;Ni~41nm)0209wSRM立方晶体:单轴晶体:矫顽力与晶粒尺寸的关系:1exDLAK1exDLAK10cCSAKpHMD41630CcSKADHpMDHC1~D6~D00216/16/effkcskexssexNKHMlMlDD张宏伟类超顺磁性(SPM)•都是纳米惹的祸矫顽力与温度的关系:THC剩磁Mr的弛豫:()trSMtMe内禀矫顽力HcJ=0,即Mr(t
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