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某一物质的磁化率可以用体积磁化率(volume magnetic susceptibility, 通常用χ表示)或者质量磁化率(mass magnetic susceptibility, 通常用χm表示)表示。
体积磁化率χ为无量纲参数。在SI单位制下的磁化率值是cgs单位制下的4π倍,即χ (SI) = 4πχ (cgs)。
体积磁化率除以密度即为质量磁化率χm,亦即χm =χ/ρ,其单位为m3/kg。
磁化率是一个衡量物质被磁化强弱的量。磁性物质的磁化强度与外加场成正比。
对于直流场的测量方式,磁化率准确的定义是M对H的一阶导数:
χ= dM / dH
在饱和状态,M不会再变,此时dM = 0,因此,χ = 0。
因此,在用磁化率描述某物质的磁响应时,一般是在线性磁化的前提下。
高场下,铁磁物质一般会饱和,此时其磁化率χ= 0,而顺磁物质的磁化率一般不为零,这是一种区分铁磁物质和顺磁物质的粗略方法。
由于M是按单位体积定义的,所以体积磁化率χ是无量纲的。
此外如果只说磁化率,默认指的是体积磁化率。
上面提到,在SI单位制下的磁化率值是cgs下的4π倍,即χ (SI) = 4πχ (cgs)。cgs单位制下,随着磁化率数值的改变,其单位也不再写成无量纲,而是写成emu,但其无量纲的本质是不变的,不随单位制改变。
以上是宏观,下面我们考虑微观。
我们知道,在微观原子分子层次,磁化场产生的本质是磁矩的存在。一个电子的自旋磁矩为1 μB (玻尔磁子)。
这里的μB的单位是什么呢?在cgs单位制下,μB的单位就是emu,而在SI单位制下,1 μB = 9.274x10-24 J/T = 9.274x10-24 A·m2。这也是为什么在描述磁性时,常用cgs单位制,该单位制确有其方便之处。
不过,emu并不是一个真正意义上的单位。因为在cgs单位制中,凡是没有明确定义出的单位都是用emu来表示的。而cgs单位制中真正的磁矩单位是erg/Gs。erg是cgs单位制中能量的单位,1 erg = 10-7 J。
The term emu is short for ‘electromagnetic unit’ and is not a unit in the conventional sense. It is sometimes used as a magnetic moment (1 emu = 1 erg·Gs−1) and sometimes takes the dimensions of volume (1 emu = 1 cm3).
因此,emu可以表示cm3,但cm3不能表示emu,二者是有区分的。
我们看几个例子:
当铁被饱和磁化时,each cubic centimeter (cm3) has a magnetic moment of about 1700 emu。
这里的emu就指的是磁矩,而不是磁化率。
用VASP计算出的磁化率单位是 cm3/mole。
这里的cm3/mole是cgs单位制下摩尔磁化率χmol的单位。摩尔磁化率在计算中更方便,而体积磁化率在实验中更方便。
可以根据χmol和χ的关系来理解: χmol = χM/ρ。
1 cm3/mole = 1 emu·(g/mole)/(g/cm3),这里的emu可以省去。
用Gaussian软件计算出的磁化率单位是cgs ppm。
这也是摩尔磁化率的单位,是cm3/mole的另一种写法。
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GMT+8, 2024-9-11 15:15
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