第1篇基礎知識

第1章靜磁學概論    002

1.1磁場    002

1.1.1磁極    002

1.1.2磁通量    004

1.1.3電流磁場    005

1.1.4安培環路定理    005

1.1.5畢奧-薩伐爾（Biot-Savart）定律    005

1.1.6直流導線磁場    006

1.2磁矩    007

1.2.1磁偶極子    007

1.3定義    008

習題    009

延伸閱讀    009



第2章磁化強度與磁性材料    010

2.1磁感應強度和磁化強度    010

2.2磁通密度    011

2.3磁化率和磁導率    012

2.4磁滯回線    013

2.5定義    014

2.6單位和換算    014

習題    015

思考    015

延伸閱讀    016



第3章原子的磁性起源    017

3.1自由原子的薛定諤方程（Schrdinger equation）的解    017

3.1.1量子數的含義    019

3.2正常塞曼效應（normal Zeeman effect）    021

3.3電子自旋    022

3.4多電子原子體繫    023

3.4.1泡利不相容原理（Pauli exclusion principle）    024

3.5自旋-軌道耦合    024

3.5.1拉塞爾-桑德斯耦合（Russell-Saunders coupling）    024

3.5.2洪特規則（Hund's rules）    026

3.5.3jj耦合    026

3.5.4反常塞曼效應    027

習題    028

延伸閱讀    028



第4章抗磁性    029

4.1觀察抗磁效應    029

4.2抗磁磁化率    030

4.3抗磁性物質    032

4.4抗磁性材料的用途    032

4.5超導現像    032

4.5.1邁斯納效應（Meissner effect）    033

4.5.2臨界磁場    033

4.5.3超導體的分類    034

4.5.4超導材料    034

4.5.5超導體的應用    035

習題    035

延伸閱讀    035



第5章順磁性    036

5.1朗之萬順磁性理論    037

5.2居裡-外斯定律（Curie-Weiss law）    039

5.3軌道角動量凍結    040

5.4泡利順磁性    041

5.4.1固體能帶理論    042

5.4.2自由電子理論    043

5.4.3泡利順磁體的磁化率    045

5.5氧的順磁性    046

5.6順磁體的應用    047

習題    047

思考    048

延伸閱讀    048



第6章鐵磁材料中的相互作用    049

6.1外斯分子場理論    049

6.1.1自發磁化    050

6.1.2溫度對磁化強度的影響    050

6.2外斯分子場的起源    052

6.2.1He原子的量子力學    052

6.3鐵磁性集體電子理論    054

6.3.1斯萊特-鮑林曲線（Slater-Pauling curve）    056

6.4小結    057

習題    057

延伸閱讀    058



第7章磁疇    059

7.1磁疇觀測    059

7.2磁疇起源    060

7.2.1靜磁能    061

7.2.2磁晶各向異性能    061

7.2.3磁致伸縮能    062

7.3疇壁    063

7.4磁化和磁滯    064

習題    068

延伸閱讀    069



第8章反鐵磁性    070

8.1中子衍射    071

8.2外斯反鐵磁理論    073

8.2.1TN溫度以上的磁化率    074

8.2.2在TN溫度的外斯定律    074

8.2.3TN溫度以下的自發磁化    075

8.2.4TN溫度以下的磁化率    075

8.3負分子場的產生    077

8.4反鐵磁體的應用    080

習題    080

思考    081

延伸閱讀    081



第9章亞鐵磁性    082

9.1亞鐵磁性的外斯理論    083

9.1.1TC溫度以上的外斯理論    084

9.1.2TC溫度以下的外斯理論    085

9.2鐵氧體    087

9.2.1立方晶繫鐵氧體    087

9.2.2六角晶繫鐵氧體    089

9.3石榴石    090

9.4半金屬反鐵磁體    090

習題    091



第10章基礎知識概要    093

10.1磁序類型回顧    093

10.2決定磁序類型的物理機制回顧    094



第2篇磁現像

第11章各向異性    098

11.1磁晶各向異性    098

11.1.1磁晶各向異性的起源    099

11.1.2磁晶各向異性的對稱性    099

11.2形狀各向異性    100

11.2.1退磁場    100

11.3感生磁各向異性    101

11.3.1磁場退火    102

11.3.2軋制各向異性    102

11.3.3感生磁各向異性的機理    102

11.3.4產生感生磁各向異性的其他

方法    103

習題    103



第12章納米顆粒和薄膜    104

12.1小尺寸粒子的磁性    104

12.1.1單疇顆粒的實驗證據    105

12.1.2磁化機制    105

12.1.3超順磁性    106

12.2薄膜的磁性    108

12.2.1結構    109

12.2.2界面    109

12.2.3各向異性    109

12.2.4多薄纔算薄？    110

12.2.5二維極限    110

延伸閱讀    110



第13章磁電阻    111

13.1常規金屬中的磁電阻    111

13.2鐵磁性金屬中的磁電阻    112

13.2.1各向異性磁電阻    112

13.2.2自發磁化引起的磁電阻    113

13.2.3巨磁電阻    113

13.3龐磁電阻    117

13.3.1超交換和雙交換    118

習題    120

延伸閱讀    120



第14章交換偏置    121

14.1簡易機制中存在的問題    122

14.1.1交換偏置的研究進展    123

14.2技術應用中的交換各向異性    124

延伸閱讀    124



第3篇器件應用與新材料

第15章磁數據存儲    126

15.1簡介    126

15.2磁性介質    129

15.2.1磁介質中使用的材料    129

15.2.2磁盤的其他組件    130

15.3寫入磁頭    131

15.4讀取磁頭    131

15.5磁數據存儲的未來    133

延伸閱讀    134



第16章磁光學和磁光記錄    135

16.1磁光學基礎    135

16.1.1克爾效應    135

16.1.2法拉第效應    136

16.1.3磁光效應的物理起源    136

16.2磁光記錄    138

16.2.1其他類型的光存儲以及磁光記錄的未來    140

延伸閱讀/ 140



第17章磁性半導體和磁性絕緣體    141

17.1磁性半導體和磁性絕緣體中的交換相互作用    142

17.1.1直接交換和超交換    142

17.1.2載流子介導交換    143

17.1.3束縛磁極化子模型    143

17.2Ⅱ-Ⅵ族稀磁半導體——（Zn,Mn）Se    144

17.2.1增強塞曼分裂    144

17.2.2持續自旋相干    144

17.2.3自旋極化輸運    145

17.2.4其他體繫結構    146

17.3Ⅲ-Ⅴ族稀磁半導體——（Ga,Mn）As    146

17.3.1稀土-Ⅴ族化合物-ErAs    148

17.4氧化物基稀磁半導體    149

17.5鐵磁絕緣體    150

17.5.1晶體場和Jahn-Teller效應    150

17.5.2YTiO3和SeCuO3    152

17.5.3BiMnO3    152

17.5.4氧化銪    153

17.5.5雙鈣鈦礦    154

17.6總結    154

延伸閱讀    154



第18章多鐵材料    155

18.1鐵磁性與其他類型鐵性有序的比較    155

18.1.1鐵電體    155

18.1.2鐵彈性體    157

18.1.3鐵渦體    157

18.2磁性和鐵電性相結合的多鐵材料    158

18.2.1磁性和鐵電性之間的衝突    159

18.2.2磁性和鐵電性相結合的途徑    160

18.2.3磁電效應    161

18.3總結    163

延伸閱讀/ 163



後記    164



習題答案    165



參考文獻    188

磁性材料屬於凝聚態物理和材料科學的交叉學科，廣泛應用於電力、信息、能源、交通和國防等重要領域，是現代工業的關鍵基礎材料。目前，我國部分磁性材料的研究工作已達到國際先進水平，我國已發展成為全球磁性材料的產業中心， 磁性材料科研與生產的相關從業人員已具相當規模。

本書是從美國加州大學聖巴巴拉分校的Nicola A. Spaldin教授編寫的由英國牛津大學出版社出版的Magnetic Materials Fundamentals and Applications,Second Edition(英文版)翻譯而成。全書包括三個部分:部分介紹基本磁學量、磁學理論、磁性起源和幾種基本磁性;第二部分介紹常見的磁現像，包括磁各向異性、磁電阻、交換偏置以及低維材料的磁現像;第三部分介紹磁性器件的應用與新材料，包括磁存儲、磁光記錄、磁性半導體、磁性絕緣體和多鐵材料。本書既可用作高校磁學與磁性材料相關專業的本科生及研究生的教學用書，也可用作磁性材料生產和研發相關工程技術人員的參考書。

本書的特色是風格簡潔。書中沒有深奧晦澀的理論描述和復雜的數學推導，使用簡潔的語言向讀者介紹磁性理論、磁現像和磁性材料的本質。本書各章節都附有課後作業、習題答案以及詳細的參考文獻，以方便課程教學和讀者自學，這是本書的另一個特色。

譯者對原著中的一些公式錯誤、數據錯誤和印刷錯誤已做了修訂。

本書的翻譯和出版過程得到了中國計量大學材料與化學學院專業建設項目和中國計量大學重點教材建設項目資助，在此深表感謝。

本書涵蓋的領域和涉及的知識範圍十分廣泛，加之譯者水平有限，譯文中難免有不妥之處，望讀者不吝批評指正。

開卷有益。真誠地希望本書對各位讀者有所幫助。

譯者

2021年3月於杭州