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2 磁性材料与半金属材料
2.1 固体磁性的知识
物质的磁性来源于原子的磁矩。而原子的磁矩包括电子磁矩和原子核磁矩。原子核的质量约为电子质量的 倍，所以原子核磁矩仅为电子磁矩的千分之一，因此，物质磁性的主要负载者是电子。电子自旋磁矩可分为自旋磁矩和轨道磁矩两部分，原子的磁矩等于这两者磁矩的总和。自旋磁矩来源于电子的内禀自旋，轨道磁矩来源于电子的电子绕核的轨道角动量。
固体的磁性又可以从宏观和微观两方面来考虑。从宏观方面来说，固体的磁性主要以物质的磁化率来表征。在外场H中，其磁化率=M/H。这时有五种情况，(1)当原子的电子壳层中具有奇数个电子时，电子体系的总自旋不为零原子具有固有磁矩，他们在外磁场作用下有沿磁场方向取向的趋势，磁化率为正值，称为顺磁性。顺磁性固体的磁化率与温度成反比关系。（2）当原子的各电子壳层中充满电子时，材料不表现出固有磁矩。外场增加后，所有壳层中的电子感应而产生一个与外场方向相反的磁矩，此时的磁化率为负值。而且此磁矩不随温度变化，这种磁性成为抗磁性。(3)原子中的未成对抵消的电子自旋存在交换作用，电子自旋也因此有序的排列起来，形成磁有序状态。这种磁化率为正有104量级之大，这种磁性为铁磁性。（4）亚铁磁性，亚铁磁性固体的磁化率在于居里温度时像铁磁体 但却没有铁磁体的大，在高于居里温度时又像顺磁体。（5）反铁磁体。反铁磁体固体在温度低于尼尔温度时与磁场的取向有关，在高于尼尔温度时又表现出顺磁体。
从微观方面上看，固体的磁性由电子自旋的排列方式决定。反铁磁性在后面叙述，这里只介绍顺磁和铁磁。当自旋之间相隔距离较大时，自旋之间的耦合能远小于破坏自旋耦合的热振动能，自旋拍立二无序，形成顺磁性。当自旋交换作用增大时，自旋之间的耦合能远大于热振动能，自旋则形成一种有序排列，相邻自旋以同一方向排列时形成铁磁性。
2.2 半金属材料
2.2.1半金属材料的基本特性及分类
在上个世纪的1983年，荷兰的Nijmegen大学的de Groot[8]等对三元合金PtMnSb和NiMnSb等化合物进行计算时，发现了一种新型的功能材料。这就是半金属（half_metallic)磁性体材料。这种材料是一种与之前的其他材料截然不同的新型材料，它的独特和新颖之处在于具有两个不同的自旋子能带。一种自旋取向的电子（设定为自旋向上的电子）的能带结构呈现出金属性，即费米面处于导带中，具有金属的行为；另一种自选取向的电子（设定为自旋向下的电子）呈现出的是半导体性质或绝缘体性质，因此半金属材料是具有两种不同的行为的电子自旋行为的新型功能材料，也即半金属材料在电子自选通道上同时显示金属性和绝缘体（半导体）性于一体。电子态密度是完全自旋极化的是费米能级（É F）以及导电性是由这些金属的单自旋载流子所支配的。因为这种特殊的电子属性，半金属材料表现出加速数据处理，降低功率消耗，并提高电路集成度等明显的优势，这使得它们在自旋电子领域提供了有前途的技术应用，如单自旋电子源的潜在优势和高效率的磁传感器等[9