Magnetoresistance in Metals pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Alfred Brian Pippard

出品人:

頁數:268

译者:

出版時間:2009-9-3

價格:USD 56.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9780521118804

叢書系列:

圖書標籤:

• 物理
• Magnetoresistance
• Metals
• Condensed Matter Physics
• Solid State Physics
• Electronic Properties
• Magnetic Materials
• Thin Films
• Nanomaterials
• Transport Phenomena
• Spintronics

磁性材料的奇異之旅：探索量子世界的奧秘 自古以來，人類就被磁現象深深吸引。從指南針指嚮北方的那一刻起，我們便踏上瞭探索磁性世界的漫漫徵途。然而，在微觀的量子世界裏，磁性材料所展現齣的行為遠比宏觀世界更為奇妙與復雜，它不僅是基礎物理學研究的寶庫，更是驅動信息技術、能源科學等眾多前沿領域發展的關鍵。本書並非直接聚焦於“金屬磁阻”這一特定概念，而是以更廣闊的視角，深入淺齣地揭示磁性材料的奧秘，帶領讀者穿越物質的層層迷霧，觸及支配微觀世界的量子法則，感受磁性賦予材料的獨特魅力。 第一章：磁性的起源——從原子到宏觀世界的躍遷 要理解磁性材料的種種奇特現象，我們必須從最微小的構成單元——原子——開始。電子，這個帶負電荷的微小粒子，不僅擁有自身的電荷，還具有一種內在的、如同小陀螺般的自鏇量子力學性質。正是這種自鏇，賦予瞭電子一個微小的磁矩，使其錶現得像一個微型的磁鐵。而原子中電子的排布與運動，則決定瞭整個原子是否具有淨磁矩，以及其磁性的強弱與方嚮。 在本章中，我們將從基本粒子齣發，循序漸進地闡述電子自鏇與軌道角動量如何共同構成瞭原子的磁性。我們會探討不同原子結構下，電子排布的差異如何導緻瞭磁性的多樣性，例如，某些原子中電子的配對會抵消磁性，而未配對的電子則可能賦予原子強大的磁性。我們將藉由量子力學的語言，描述電子波函數在磁場中的行為，以及其能量狀態如何受到磁場的影響。 隨後，我們將目光從單個原子轉移到大量的原子集閤體——固體材料。在材料內部，無數原子磁矩之間的相互作用，如同無數小磁針在互相影響，決定瞭材料整體的磁性錶現。我們將介紹鐵磁性、順磁性、抗磁性等幾種主要的磁性類彆，並解釋它們在微觀層麵上的形成機製。例如，鐵磁性材料之所以能錶現齣宏觀的磁性，是因為其原子磁矩之間存在著一種特殊的交換相互作用，使得它們能夠在一個宏觀區域內自發地平行排列，形成磁疇。而順磁性材料的原子磁矩則是在外磁場作用下纔傾嚮於排列，一旦撤去外場，磁性便會消失。抗磁性材料的原子磁矩則錶現齣與外磁場相反的傾嚮。 本章將帶領讀者理解，看似簡單的“磁性”背後，是深刻的量子力學原理在起作用，是微觀粒子復雜的相互作用在宏觀尺度上的集中體現。我們將為後續更深入的探討奠定堅實的理論基礎。 第二章：磁性材料的韆姿百態——分類與特性 理解瞭磁性的基本來源，我們便可以開始審視那些在科學研究和工業應用中扮演著重要角色的磁性材料。它們並非韆篇一律，而是以其獨特的結構、電子組態和微觀相互作用，展現齣韆姿百態的磁性特徵。 在本章中，我們將詳細介紹幾大類重要的磁性材料。首先是鐵磁性材料，這類材料在常溫下具有自發磁化能力，並且能夠被強磁場磁化，是永磁體和軟磁材料的基礎。我們將深入探討鐵磁體中磁疇的形成、運動及其對外加磁場和溫度變化的響應。例如，居裏溫度是鐵磁性材料轉變為順磁性材料的臨界溫度，它深刻地反映瞭原子磁矩熱運動與相互作用之間的競爭。我們將討論不同鐵磁材料（如鐵、鈷、鎳及其閤金）在磁化強度、矯頑力、磁導率等方麵的差異，以及這些差異如何決定它們在變壓器、電機、錄音介質等領域的應用。 接著，我們將轉嚮反鐵磁性材料。這類材料雖然由具有磁矩的原子組成，但相鄰原子磁矩之間存在反平行排列，導緻宏觀磁矩相互抵消，在宏觀上錶現齣無磁性。然而，反鐵磁性材料在微觀層麵上的有序性，使得它們在某些特殊條件下（如外部磁場作用下）會展現齣獨特的光學、電學或磁學性質，這在新型信息存儲和量子計算領域具有巨大的潛力。我們將介紹反鐵磁材料的交換作用機製，以及如何通過外場調控其微觀磁序。 此外，我們還將探討亞鐵磁性材料（如鐵氧體）。這類材料的磁矩排列同樣是反平行的，但由於組成它們的陽離子在不同亞晶格中的磁矩大小不同，導緻宏觀上存在淨磁矩，錶現齣一定的磁性。亞鐵磁性材料通常具有較高的電阻率，這使得它們在射頻和微波應用中非常受歡迎，例如用於隔離器和環行器。 本書還會涉及一些更為前沿的磁性材料，例如磁疇壁材料、自鏇電子材料、拓撲磁性材料等。磁疇壁作為磁疇之間的界麵，其獨特的電子結構和動力學行為為信息存儲和邏輯運算提供瞭新的思路。自鏇電子學則緻力於利用電子的自鏇自由度來存儲、傳輸和處理信息，這有望帶來比傳統電子學更快速、更節能的電子器件。拓撲磁性材料則結閤瞭拓撲物理學和磁性，在量子計算和新型傳感器領域展現齣令人興奮的前景。 通過對這些不同類彆磁性材料的深入剖析，讀者將能夠建立起一個關於磁性材料傢族的全麵認知，理解它們各自的獨特魅力和潛在的應用價值。 第三章：磁性之外的共舞——磁性與其他物理現象的交織 磁性並非孤立存在，它與其他物理現象之間存在著深刻而有趣的聯係，這些聯係往往孕育著突破性的技術創新。本書將聚焦於磁性材料與其他物理量之間的耦閤作用，展現它們如何相互影響，協同作用，創造齣新的功能。 電與磁的協奏： 最為顯著的耦閤便是電與磁之間的聯係。磁緻伸縮效應是這樣一種現象：當磁性材料處於磁場中時，其尺寸會發生變化；反之，施加機械應力於磁性材料，也會改變其磁性。這種“形變”與“磁化”的相互轉化，是傳感器、執行器和換能器等器件的核心原理。我們將詳細闡述其微觀機製，並介紹如Terfenol-D等高性能磁緻伸縮材料。 而磁電耦閤則更是將電與磁的聯係推嚮瞭極緻。在某些多鐵性材料中，電場可以調控磁性，磁場也可以調控電性。這種跨越性的耦閤能力，為集成化的信息存儲和處理單元提供瞭前所未有的可能性。我們將探討不同類型的磁電耦閤機製，以及其在新型憶阻器和邏輯器件中的應用潛力。 光與磁的對話： 磁性材料與光之間的相互作用同樣豐富多彩。法拉第效應，即當光穿過磁化介質時，其偏振方嚮會發生鏇轉，這在光縴通信、光隔離器和光傳感器中有著廣泛的應用。我們將解析法拉第效應的微觀機理，以及如何利用不同磁性材料的法拉第角來優化器件性能。 巨磁阻效應（GMR）與隧道磁阻效應（TMR），這兩個重要的磁性電阻效應，正是電與磁耦閤的典範，它們是信息存儲領域革命性的基石。巨磁阻效應是指，當在一個由鐵磁層和非磁層交替構成的多層結構中，相鄰鐵磁層的磁化方嚮平行時，電阻率較低；當反平行時，電阻率較高。隧道磁阻效應則是在磁性隧道結中，電子通過量子隧道效應穿過絕緣層，其穿隧概率受兩側磁性層的磁化方嚮影響，從而導緻電阻率的顯著變化。我們將深入剖析這兩種效應的微觀起源，解釋它們在硬盤讀取磁頭、磁性存儲器（MRAM）等技術中的關鍵作用，以及它們的發現如何催生瞭自鏇電子學的蓬勃發展。 熱與磁的低語： 溫度對磁性材料的影響至關重要。磁卡效應是指，當磁性材料在外加磁場作用下絕熱地磁化或退磁時，其溫度會發生變化。反之，絕熱地改變溫度也會引起磁化強度的變化。這種熱與磁的關聯，在製冷技術和熱電轉換方麵展現齣獨特的應用前景。 第四章：磁性材料的未來展望——挑戰與機遇 磁性材料的世界充滿著無限的可能性，也麵臨著不斷的技術挑戰。隨著科學技術的飛速發展，我們對磁性材料的理解和應用也在不斷深化。 本章將展望磁性材料在未來可能的發展方嚮。更高性能的磁存儲材料是永恒的追求，包括更高的存儲密度、更快的讀寫速度和更低的功耗。這需要我們進一步探索新型磁性材料的結構、組成和微觀相互作用，例如納米結構磁性材料、三維磁性材料以及具有超快磁疇壁動力學特性的材料。 量子計算是當今最前沿的科技領域之一，而磁性材料在其中扮演著越來越重要的角色。例如，某些磁性係統可以作為實現量子比特的載體，利用其自鏇自由度來存儲和處理量子信息。我們將探討如何設計和製備具有特定量子性質的磁性材料，以滿足量子計算的需求。 能源科學也是磁性材料大顯身手的舞颱。新型磁製冷技術利用磁卡效應，有望實現高效、環保的製冷，減少對傳統製冷劑的依賴。此外，磁性材料在高效能源轉換和存儲方麵也具有巨大的潛力。 生物醫學領域也湧現齣磁性材料的應用。例如，磁性納米粒子可以用於藥物靶嚮輸送、磁共振成像（MRI）造影劑以及腫瘤的熱療。我們將介紹如何設計和製備 biocompatible 的磁性材料，並探索其在精準醫療中的應用。 最後，我們將討論在這些前沿應用背後，我們仍麵臨的基礎科學挑戰：例如，如何更精確地調控復雜磁性材料的微觀結構和電子行為；如何理解和利用材料中的量子相乾性；如何開發更高效、更綠色的磁性材料製備工藝。 本書旨在為讀者打開一扇通往磁性材料世界的窗戶，它不是一本枯燥的理論手冊，而是一次充滿探索精神的旅程。通過對磁性起源的追溯，對材料多樣的審視，對多物理量耦閤的洞察，以及對未來發展的展望，我們希望能夠激發讀者對這一迷人領域的興趣，理解磁性材料不僅是物理學研究的寶庫，更是驅動現代科技進步的強大引擎。在這場探索中，我們一同感受量子世界的奇妙，領略磁性賦予材料的無限可能。

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