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磁学既古老又年轻,与人类生产生活一直有着紧密的关系。如今,磁性材料已经遍布世界,随便拆开我们使用的任何一种设备,几乎都能发现磁性材料。对这个内容丰富、蓬勃发展的学科加以总结和展望,就是这本巨著的目的。本书的作者Coey教授是世界上屈指可数的磁学大家,同时也有着非凡的撰写能力和热情。这使得本书成为难得一遇的精彩著作。本书的另一大特点是图文并茂,其中插入了大量精美的图片,使得阅读本书更加轻松愉快。这一方向的研究人员,已及单纯对这一方向感兴趣的读者,本书是你最应购买的,不能错过的佳作。
内容简介
《磁学和磁性材料(Magnetism and Magnetic Materials)》是影印版英文专著,原书由剑桥大学出版社于2009年出版。《磁学和磁性材料 Magnetism and Magnetic Materials(英文影印版)》包含了磁学和磁性材料方面的基本物理概念、实验方法和应用,内容丰富而系统,着重强调了从纳米尺度到天体物理尺度的实际计算方法和数值量。《磁学和磁性材料 Magnetism and Magnetic Materials(英文影印版)》提供了丰富而实用的磁材料信息,详细介绍了多种主要的磁材料。
《磁学和磁性材料(Magnetism and Magnetic Materials)(英文影印版)》适合物理、材料等研究方向的科研工作者和研究生阅读。
作者简介
科埃 (J. M. D. Coey),爱尔兰都柏林圣三一学院教授。
目录
List of tables of numerical data ix
Preface xi
Acknowledgements xiii
1 Introduction
1.1 A brief history of magnetism
1.2 Magnetism and hysteresis
1.3 Magnet applications
1.4 Magnetism, the felicitous science
2 Magnetostatics
2.1 The magnetic dipole moment
2.2 Magnetic fields
2.3 Maxwell's equations
2.4 Magnetic field calculations
2.5 Magnetostatic energy and forces
3 Magnetism of electrons
3.1 Orbital and spin moments
3.2 Magnetic field effects
3.3 Theory of electronic magnetism
3.4 Magnetism of electrons in solids
4 Magnetism of localized electrons on the atom
4.1 The hydrogenic atom and angular momentum
4.2 The many-electron atom
4.3 Paramagnetism
4.4 Ions in solids; crystal-field interactions
5 Ferromagnetism and exchange
5.1 Mean field theory
5.2 Exchange interactions
5.3 Band magnetism
5.4 Collective excitations
5.5 Anisotropy
5.6 Ferromagnetic phenomena
6 Antiferromagnetism and other magnetic order
6.1 Molecular field theory of antiferromagnetism
6.2 Ferrimagnets
6.3 Frustration
6.4 Amorphous magnets
6.5 Spin glasses
6.6 Magnetic models
7 Micromagnetism, domains and hysteresis
7.1 Micromagnetic energy
7.2 Domain theory
7.3 Reversal, pinning and nucleation
8 Nanoscale magnetism
8.1 Characteristic length scales
8.2 Thin films
8.3 Thin-film heterostructures
8.4 Wires and needles
8.5 Small particles
8.6 Bulk nanostructures
9 Magnetic resonance
9.1 Electron paramagnetic resonance
9.2 Ferromagnetic resonance
9.3 Nuclear magnetic resonance
9.4 Other methods
10 Experimental methods
10.1 Materials growth
10.2 Magnetic fields
10.3 Atomic-scale magnetism
10.4 Domain-scale measurements
10.5 Bulk magnetization measurements
10.6 Excitations
10.7 Numerical methods
11 Magnetic materials
11.1 Introduction
11.2 Iron group metals and alloys
11.3 Rare-earth metals and intermetallic compounds
11.4 Interstitial compounds
11.5 Oxides with ferromagnetic interactions
11.6 Oxides with antiferromagnetic interactions
11.7 Miscellaneous materials
12 Applications of soft magnets
12.1 Losses
12.2 Soft magnetic materials
12.3 Static applications
12.4 Low-frequency applications
12.5 High-frequency applications
13 Applications of hard magnets
13.1 Magnetic circuits
13.2 Permanent magnet materials
13.3 Static applications
13.4 Dynamic applications with mechanical recoil
13.5 Dynamic applications with active recoil
13.6 Magnetic microsystems
14 Spin electronics and magnetic recording
14.1 Spin-polarized currents
14.2 Materials for spin electronics
14.3 Magnetic sensors
14.4 Magnetic memory
14.5 Other topics
14.6 Magnetic recording
15 Special topics
15.1 Magnetic liquids
15.2 Magnetoelectrochemistry
15.3 Magnetic levitation
15.4 Magnetism in biology and medicine
15.5 Planetary and cosmic magnetism
Appendices
Appendix A Notation
Appendix B Units and dimensions
Appendix C Vector and trigonometric relations
Appendix D Demagnetizing factors for ellipsoids of revolution
Appendix E Field, magnetization and susceptibility
Appendix F Quantum mechanical operators
Appendix G Reduced magnetization of ferromagnets
Appendix H Crystal field and anisotropy
Appendix I Magnetic point groups
Formula index
Index
前言/序言
好的,这是一本关于磁学和磁性材料的教材的简介,重点突出其理论深度、应用广度和前沿探索,旨在吸引对该领域有深入学习需求的研究者和学生。 --- 《磁学与磁性材料:从基础理论到前沿应用》 导言:探索物质世界的磁性维度 磁现象是自然界中最基本且最为精妙的物理效应之一。从指南针的古老应用到现代信息存储和能源技术的核心,磁性材料在人类文明的发展中扮演着不可或缺的角色。本书旨在提供一个全面而深入的知识体系,系统阐述磁学的基本原理、经典理论框架,并聚焦于当代磁性材料的设计、制备与应用。本书不仅是对现有知识的梳理,更是一次对未来磁学前沿探索的深刻洞察。 第一部分:磁学的基本原理与经典理论 本部分构建了理解磁现象的坚实理论基础。 I. 磁学的起源与宏观描述 我们将从麦克斯韦方程组出发,回顾经典电动力学中磁场的产生与相互作用。重点讨论磁感应强度($mathbf{B}$)、磁场强度($mathbf{H}$)以及磁化强度($mathbf{M}$)之间的关系,为后续的材料本构关系奠定基础。通过详细分析磁介质中的宏观磁场分布与边界条件,读者将建立起对磁性现象的直观感受和定量描述能力。 II. 原子层面的磁性起源 深入探讨磁性的微观根源——电子的轨道运动与自旋。本书详细阐述了量子力学中角动量、磁矩的形成,以及泡利不相容原理在电子结构中的作用。对朗之万理论、德拜(Debye)理论等经典模型进行了严谨的推导和分析,解释了顺磁性、抗磁性的基本来源。 III. 铁磁性理论的深度解析 铁磁性是磁学中最引人注目的现象之一。本章详述了维斯(Weiss)平均场理论的建立过程及其局限性,进而引入了更精细的量子统计模型。对交换相互作用的物理本质、磁畴结构形成、以及磁致伸缩效应进行了细致的剖析。读者将理解宏观磁滞回线背后复杂的微观物理机制。 IV. 磁相变与临界现象 磁性材料的温度依赖性至关重要。本书深入探讨了从铁磁态到顺磁态的转变——居里点(Curie Temperature)的物理意义。通过引入伊辛(Ising)模型和海森堡(Heisenberg)模型,结合临界指数、重整化群理论,系统分析了磁性体系中的相变过程和临界行为,揭示了无序与有序之间的微妙平衡。 第二部分:关键磁性材料的物理特性与工程实现 本部分将理论知识应用于具体的材料体系,涵盖了从传统到新型功能材料的广泛谱系。 V. 铁氧体与永磁材料 重点研究永磁材料的性能指标——矫顽力、剩磁和最大磁能积。对硬磁材料(如铁氧体、钕铁硼系材料 NdFeB)的微观结构(晶界、析出相等)如何影响其高矫顽力的形成进行了深入的探讨。分析了磁晶各向异性的来源及其对材料性能的决定性影响。 VI. 软磁材料与高频应用 软磁材料以其低损耗、高磁导率著称。本书详细考察了坡莫合金(Permalloy)、高磁导率铁氧体以及非晶/纳米晶软磁材料。着重分析了磁致伸缩、磁致晶热效应(TMCE)在这些材料中的表现,及其在变压器、电感器和电磁屏蔽中的工程应用。 VII. 磁记录材料与薄膜技术 随着信息密度的提升,对磁性薄膜的研究愈发重要。本章聚焦于磁记录介质(如L10-FePt)的制备工艺和性能优化。深入解析了自旋电子学(Spintronics)的基础——巨磁阻效应(GMR)和隧道磁阻效应(TMR),并讨论了它们在读出磁头和磁随机存取存储器(MRAM)中的关键作用。 VIII. 现代功能磁性材料:挑战与机遇 本节涵盖了当前研究热点: 反铁磁体与亚铁磁体: 探讨其无外磁场影响的特性,及其在高速交换耦合(Exchange Bias)中的应用。 磁性形状记忆合金(MSMA): 结合磁弹耦合,解析其独特的磁控机械响应。 低维磁性结构: 纳米颗粒、纳米线阵列的尺寸效应、表面效应如何重塑传统磁性。 第三部分:前沿研究方向与新兴技术 本部分展望了磁学研究的未来发展方向,特别关注与量子信息和能源科学的交叉领域。 IX. 自旋电子学与自旋流物理 超越传统的电荷输运,自旋电子学关注电子自旋的有效利用。系统梳理了自旋霍尔效应(SHE)和反霍尔效应(AHE)的物理机制,以及如何利用这些效应产生和探测纯自旋流。深入讨论了磁性绝缘体中的非局域自旋传输现象。 X. 马格农波动力学与信息传输 马格农波(Magnons)作为集体激发模式,提供了信息传输的新载体。本书详细介绍了微磁学模拟(如LLG方程求解)在预测马格农波传播和耦合中的作用。探讨了马格农器件(Magnonic Devices)的潜力,包括马格农逻辑门和滤波器。 XI. 磁性材料在能源领域的应用 探讨磁性材料在能源转换和存储中的新兴角色,包括磁制冷技术(Magnetocaloric Effect, MCE)中高熵合金的研究,以及磁性材料在高效电感器和无线电力传输中的优化设计。 结语:面向未来的磁学 本书结构严谨,逻辑清晰,理论推导详尽,图示丰富,旨在为物理、材料科学、电子工程等相关专业的学生和研究人员提供一本权威的参考书。通过对经典理论的扎实掌握和对前沿课题的深入剖析,读者将能够站在当前知识体系的制高点上,为推动下一代磁性技术的发展做好充分准备。本书不仅是学习的工具,更是激发创新思维的伙伴。