磁性材料基础与应用（（美）妮古拉 A. 斯波尔丁（Nicola A. Spaldin））（原著第2版）

磁性材料属于凝聚态物理和材料科学的交叉学科，广泛应用于电力、信息、能源、交通和国防等重要领域，是现代工业的关键基础材料。目前，我国部分磁性材料的研究工作已达到国际先进水平，我国已发展成为全球磁性材料的产业中心， 磁性材料科研与生产的相关从业人员已具相当规模。

本书是从美国加州大学圣巴巴拉分校的Nicola A. Spaldin教授编写的由英国牛津大学出版社出版的Magnetic Materials Fundamentals and Applications,Second Edition(英文版)翻译而成。全书包括三个部分:部分介绍基本磁学量、磁学理论、磁性起源和几种基本磁性;第二部分介绍常见的磁现象，包括磁各向异性、磁电阻、交换偏置以及低维材料的磁现象;第三部分介绍磁性器件的应用与新材料，包括磁存储、磁光记录、磁性半导体、磁性绝缘体和多铁材料。本书既可用作高校磁学与磁性材料相关专业的本科生及研究生的教学用书，也可用作磁性材料生产和研发相关工程技术人员的参考书。

本书的特色是风格简洁。书中没有深奥晦涩的理论描述和复杂的数学推导，使用简洁的语言向读者介绍磁性理论、磁现象和磁性材料的本质。本书各章节都附有课后作业、习题答案以及详细的参考文献，以方便课程教学和读者自学，这是本书的另一个特色。

译者对原著中的一些公式错误、数据错误和印刷错误已做了修订。

本书的翻译和出版过程得到了中国计量大学材料与化学学院专业建设项目和中国计量大学重点教材建设项目资助，在此深表感谢。

本书涵盖的领域和涉及的知识范围十分广泛，加之译者水平有限，译文中难免有不妥之处，望读者不吝批评指正。

开卷有益。真诚地希望本书对各位读者有所帮助。

译者

2021年3月于杭州

第1篇基础知识

第1章静磁学概论    002

1.1磁场    002

1.1.1磁极    002

1.1.2磁通量    004

1.1.3电流磁场    005

1.1.4安培环路定理    005

1.1.5毕奥-萨伐尔（Biot-Savart）定律    005

1.1.6直流导线磁场    006

1.2磁矩    007

1.2.1磁偶极子    007

1.3定义    008

习题    009

延伸阅读    009

第2章磁化强度与磁性材料    010

2.1磁感应强度和磁化强度    010

2.2磁通密度    011

2.3磁化率和磁导率    012

2.4磁滞回线    013

2.5定义    014

2.6单位和换算    014

习题    015

思考    015

延伸阅读    016

第3章原子的磁性起源    017

3.1自由原子的薛定谔方程（Schrdinger equation）的解    017

3.1.1量子数的含义    019

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

3.3电子自旋    022

3.4多电子原子体系    023

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

3.5自旋-轨道耦合    024

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

3.5.2洪特规则（Hund's rules）    026

3.5.3jj耦合    026

3.5.4反常塞曼效应    027

习题    028

延伸阅读    028

第4章抗磁性    029

4.1观察抗磁效应    029

4.2抗磁磁化率    030

4.3抗磁性物质    032

4.4抗磁性材料的用途    032

4.5超导现象    032

4.5.1迈斯纳效应（Meissner effect）    033

4.5.2临界磁场    033

4.5.3超导体的分类    034

4.5.4超导材料    034

4.5.5超导体的应用    035

习题    035

延伸阅读    035

第5章顺磁性    036

5.1朗之万顺磁性理论    037

5.2居里-外斯定律（Curie-Weiss law）    039

5.3轨道角动量冻结    040

5.4泡利顺磁性    041

5.4.1固体能带理论    042

5.4.2自由电子理论    043

5.4.3泡利顺磁体的磁化率    045

5.5氧的顺磁性    046

5.6顺磁体的应用    047

习题    047

思考    048

延伸阅读    048

第6章铁磁材料中的相互作用    049

6.1外斯分子场理论    049

6.1.1自发磁化    050

6.1.2温度对磁化强度的影响    050

6.2外斯分子场的起源    052

6.2.1He原子的量子力学    052

6.3铁磁性集体电子理论    054

6.3.1斯莱特-鲍林曲线（Slater-Pauling curve）    056

6.4小结    057

习题    057

延伸阅读    058

第7章磁畴    059

7.1磁畴观测    059

7.2磁畴起源    060

7.2.1静磁能    061

7.2.2磁晶各向异性能    061

7.2.3磁致伸缩能    062

7.3畴壁    063

7.4磁化和磁滞    064

习题    068

延伸阅读    069

第8章反铁磁性    070

8.1中子衍射    071

8.2外斯反铁磁理论    073

8.2.1TN温度以上的磁化率    074

8.2.2在TN温度的外斯定律    074

8.2.3TN温度以下的自发磁化    075

8.2.4TN温度以下的磁化率    075

8.3负分子场的产生    077

8.4反铁磁体的应用    080

习题    080

思考    081

延伸阅读    081

第9章亚铁磁性    082

9.1亚铁磁性的外斯理论    083

9.1.1TC温度以上的外斯理论    084

9.1.2TC温度以下的外斯理论    085

9.2铁氧体    087

9.2.1立方晶系铁氧体    087

9.2.2六角晶系铁氧体    089

9.3石榴石    090

9.4半金属反铁磁体    090

习题    091

第10章基础知识概要    093

10.1磁序类型回顾    093

10.2决定磁序类型的物理机制回顾    094

第2篇磁现象

第11章各向异性    098

11.1磁晶各向异性    098

11.1.1磁晶各向异性的起源    099

11.1.2磁晶各向异性的对称性    099

11.2形状各向异性    100

11.2.1退磁场    100

11.3感生磁各向异性    101

11.3.1磁场退火    102

11.3.2轧制各向异性    102

11.3.3感生磁各向异性的机理    102

11.3.4产生感生磁各向异性的其他

方法    103

习题    103

第12章纳米颗粒和薄膜    104

12.1小尺寸粒子的磁性    104

12.1.1单畴颗粒的实验证据    105

12.1.2磁化机制    105

12.1.3超顺磁性    106

12.2薄膜的磁性    108

12.2.1结构    109

12.2.2界面    109

12.2.3各向异性    109

12.2.4多薄才算薄？    110

12.2.5二维极限    110

延伸阅读    110

第13章磁电阻    111

13.1常规金属中的磁电阻    111

13.2铁磁性金属中的磁电阻    112

13.2.1各向异性磁电阻    112

13.2.2自发磁化引起的磁电阻    113

13.2.3巨磁电阻    113

13.3庞磁电阻    117

13.3.1超交换和双交换    118

习题    120

延伸阅读    120

第14章交换偏置    121

14.1简易机制中存在的问题    122

14.1.1交换偏置的研究进展    123

14.2技术应用中的交换各向异性    124

延伸阅读    124

第3篇器件应用与新材料

第15章磁数据存储    126

15.1简介    126

15.2磁性介质    129

15.2.1磁介质中使用的材料    129

15.2.2磁盘的其他组件    130

15.3写入磁头    131

15.4读取磁头    131

15.5磁数据存储的未来    133

延伸阅读    134

第16章磁光学和磁光记录    135

16.1磁光学基础    135

16.1.1克尔效应    135

16.1.2法拉第效应    136

16.1.3磁光效应的物理起源    136

16.2磁光记录    138

16.2.1其他类型的光存储以及磁光记录的未来    140

延伸阅读/ 140

第17章磁性半导体和磁性绝缘体    141

17.1磁性半导体和磁性绝缘体中的交换相互作用    142

17.1.1直接交换和超交换    142

17.1.2载流子介导交换    143

17.1.3束缚磁极化子模型    143

17.2Ⅱ-Ⅵ族稀磁半导体——（Zn,Mn）Se    144

17.2.1增强塞曼分裂    144

17.2.2持续自旋相干    144

17.2.3自旋极化输运    145

17.2.4其他体系结构    146

17.3Ⅲ-Ⅴ族稀磁半导体——（Ga,Mn）As    146

17.3.1稀土-Ⅴ族化合物-ErAs    148

17.4氧化物基稀磁半导体    149

17.5铁磁绝缘体    150

17.5.1晶体场和Jahn-Teller效应    150

17.5.2YTiO3和SeCuO3    152

17.5.3BiMnO3    152

17.5.4氧化铕    153

17.5.5双钙钛矿    154

17.6总结    154

延伸阅读    154

第18章多铁材料    155

18.1铁磁性与其他类型铁性有序的比较    155

18.1.1铁电体    155

18.1.2铁弹性体    157

18.1.3铁涡体    157

18.2磁性和铁电性相结合的多铁材料    158

18.2.1磁性和铁电性之间的冲突    159

18.2.2磁性和铁电性相结合的途径    160

18.2.3磁电效应    161

18.3总结    16