BaFe12O19中Fe3+的零场分裂及磁晶各向异性

摘要

磁晶各向异性作为磁性材料的一项重要属性，它在实际应用中有着很大的影响。在各种包含稀土离子的合金以及铁氧体等磁性材料中高磁晶各项异性几乎是必须的。高磁性材料设计和制备中，磁晶各项异性常数K是一个重要参量。因此磁晶各项异性理论的研究很早就被人们纳入研究领域。前人对掺杂稀土离子的磁性材料的磁晶各项异性做了大量的理论和实验研究，其中实验所测得数值能够很好的解释磁性材料的各项特性以及行为。
　　BaFe12O19是典型的铁氧体材料。前人对其零场分裂和磁晶各向异性进行了实验研究，采用二阶微扰公式对其进行计算和解释。后来，人们发现在三价铁离子的6S态，用二阶微扰公式难以对零场分裂进行解释，从而发展了更高阶的微扰公式。可惜将这些高阶微扰的理论研究很少应用到钡铁氧体及其他永磁材料的零场分裂和磁晶各向异性的研究之中，因而对钡铁氧体零场分裂和磁晶各向异性的解释一直很粗糙。本文结合前人的工作，基于赵敏光的自由铁离子的波函数和光谱参量，将晶体场理论建立起来的零场分裂的高阶微扰公式应用于钡铁氧体的零场分裂和磁晶各向异性的研究之中，用以分析它们内在的物理机理。
　　本研究的内容包括根据晶体场理论推导Fe3+在D3h对称场下的晶场、静电和自旋-轨道耦合矩阵元，建立了对角化的程序。用二阶、六阶微扰的方法对零场分裂参量D进行计算，并将它们与实验值进行比较。根据计算得到的相关参量计算磁晶各向异性常数K，分析磁晶各向异性的微观机理。

目录

摘要

声明

1 引言

1．1 研究现状

1．2 研究意义

1．3 论文的主要内容

2 自由离子的多重态理论

2．1 单电子电子波函数

2．2 多电子体系的多重态波函数

2．3 耦合作用

3 晶体场的基本概论

3．1 晶体场理论

3．2 晶体场势能的计算公式

3．3 对称性和晶体势能的关系

3．4 晶体场模型

3．4．1 点电荷模型

3．4．2 点电荷-偶极模型

3．4．3 叠加模型

3．5 晶体中dN离子的共价性

3．5．1 分子轨道

3．5．2 平均共价性模型

3．6 晶体场理论的实际应用

3．7 单离子磁晶各向异性理论

3．7．1 磁晶各向异性的研究概况以及来源

3．7．2 磁晶各向异性的宏观表达式

3．7．3 钡铁氧体的磁晶各向异性

4 BaFe12O19中3d5离子的晶体场理论

4．1 3d5离子的基本结构

4．2 Fe3+离子

4．3 Fe3+在BaFe12O19中的零场分裂

4．3．1 BaFe12O19的结构

4．3．2 波函数

4．3．2 晶体场势能

4．3．3 电子斥力

4．3．4 自旋-轨道耦合相互作用

5 结论及思考

参考文献

致谢