磁性，特別是鐵磁性，往往會予人一種神祕的聯想，確實即使時至今日，仍有一些（鐵）磁性性質不甚明瞭，但吾人仍應以科學的角度去理解它，因此，對於過去所累積於磁性的研究結果能列入教科書者，應予系統化的介紹並傳授相關的專業知識。
本書為磁性物理之教科書，以理工科大四及研究所同學為主要對象。由於市面上相關的教材多半係以英文原著書寫，為方便閱讀，本書採中文方式陳述，其中偶有部分專有名詞則中英並陳，可供有興趣的同學或讀者自修參考。
書中分為六個章節：靜磁學、磁性起源、磁性種類、磁異方性、鐵（亞鐵）磁體之磁化與退磁、磁區與磁牆。內容儘量從物理的觀點來討論，有關材料與工程應用的部分，則收錄於：《應用磁性物理》（Applied Physics of Magnetism）。
具体描述
现代磁性材料与应用：从微观到宏观的系统性探索 本书聚焦于21世纪磁性科学与工程领域的前沿进展，全面涵盖了从基本物理原理到尖端技术应用的广泛内容。本书旨在为物理、材料科学、电子工程及相关领域的学生、研究人员和工程师提供一个深入、全面且具有前瞻性的学习和参考平台。 --- 第一部分：磁性物理基础与微观调控 本部分致力于奠定坚实的理论基础，深入剖析导致宏观磁现象的微观相互作用，并介绍当前用于精确操控这些特性的先进实验技术。 第1章：磁性的起源与量子力学描述 本章从量子力学角度出发，阐述电子轨道角动量和自旋角动量如何共同构建物质的磁矩。重点讨论了泡利不相容原理、Hund规则在确定原子磁矩中的核心作用。随后，系统介绍了薛定谔方程在描述多电子体系磁性时的应用，包括自旋轨道耦合（SOC）对磁各向异性的贡献，以及对磁性材料设计的基础性影响。本章深入探讨了朗之万理论、居里-魏斯定律的微观推导，并引入了玻尔兹曼统计在高温磁性描述中的精确应用。 第2章：晶体场理论与磁性有序的形成 本章深入探讨了晶格环境对磁性离子能级的影响。详细阐述了第一性原理的晶体场理论（CFT），区分了强场和弱场理论，并解释了配位环境（如八面体、四面体）如何导致磁性离子的d轨道或f轨道能级分裂。在此基础上，本章过渡到磁性有序性的形成：系统分析了交换相互作用（Exchange Interaction）的本质，包括直接交换、超交换（Superexchange）和双交换（Double Exchange）机制，这些机制是铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性等宏观磁序产生的根本原因。 第3章：磁畴结构、畴壁动力学与磁化过程 磁性材料的宏观性能极大地依赖于其内部的畴结构。本章详细分析了磁化强度如何通过形成磁畴来最小化磁能。探讨了不同类型的畴壁（如Bloch畴壁和Néel畴壁）的结构、能量和运动机制。重点研究了磁化反转过程中的动力学，包括粘滞现象、钉扎效应（Pinning Effect）的物理起源。本章还引入了利用磁滞回线来表征材料矫顽力、剩磁和饱和磁化的现代实验方法。 第4章：自旋电子学（Spintronics）的物理基础 作为现代磁性研究的核心分支，本章聚焦于利用电子自旋而非仅仅是电荷进行信息处理和存储的物理原理。详细介绍了巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR）的微观机制，包括它们的理论模型（如Floquet理论在GMR中的应用）。本章还讨论了自旋霍尔效应（SHE）和反霍尔效应（AHE）在自旋流产生与检测中的作用，为开发新型自旋器件奠定了理论基础。 --- 第二部分：先进磁性材料的结构与性能 本部分将视角从基本原理转向了具体的材料体系，分类介绍了当前最具研究价值和应用潜力的几类磁性材料及其独特的物理特性。 第5章：过渡金属与稀土磁体：高性能永磁材料 本章聚焦于高性能永磁材料的开发与优化。对钕铁硼（NdFeB）永磁体的微观结构（如晶界扩散、快速凝固技术）进行了深入剖析，解释了其高矫顽力的来源——高磁晶各向异性。同时，详细探讨了钐钴（SmCo）和铁氧体材料在高温和高频应用中的优势与局限。本章还讨论了新型稀土元素替代策略，旨在解决关键资源短缺问题。 第6章：铁磁性与反铁磁性薄膜与异质结 薄膜结构是实现集成化磁性器件的关键。本章探讨了磁性材料在原子尺度上的生长技术（如分子束外延MBE和磁控溅射PLD），以及由此带来的界面效应。重点分析了由界面结构不匹配或应变诱导的界面磁各向异性（IMEA）。对反铁磁薄膜（如NiO, FeMn）在自旋电子学中的应用潜力进行了评估，特别是其作为“无损”自旋源的独特优势。 第7章：磁性纳米结构与尺寸效应 当磁性材料的尺寸减小到纳米尺度时，其磁性行为会发生显著变化。本章详细研究了磁性纳米颗粒、纳米线和纳米环的制备方法及其独特的磁学特性，如超顺磁性（Superparamagnetism）和尺寸依赖的矫顽力变化。讨论了磁振子（Magnons）在这些结构中的传播特性，并介绍了利用纳米结构实现高效磁存储的潜力。 第8章：多铁性材料与磁电耦合 本章介绍了同时具备铁电性和铁磁性（或反铁磁性）的“多铁性”材料。阐述了磁致伸缩和电致伸缩耦合机制，重点分析了磁结构与电极化之间的强耦合效应（磁电耦合）。本章探讨了如何通过应变工程来高效地、无损地控制材料的磁化状态，这对于开发低功耗传感器和非易失性存储器至关重要。 --- 第三部分：磁性在信息技术中的前沿应用 本部分将理论和材料知识应用于现代信息处理、存储和传感技术，聚焦于最具商业化前景和科研活力的应用领域。 第9章：磁随机存取存储器（MRAM）技术 MRAM是下一代非易失性存储器的主要候选者。本章详细介绍了基于磁隧道结（MTJ）的STT-MRAM（自旋转移矩）的工作原理，包括写入机制和能耗分析。深入讨论了当前面临的挑战，如阈值电流密度、读写可靠性以及长期耐久性。此外，本章还展望了SOT-MRAM（自旋轨道转矩）和电压控制磁化切换（VCMA）技术在提高能效方面的最新进展。 第10章：自旋电子学与计算架构 本章探讨了如何利用磁性元件构建更快速、更节能的计算平台。详细分析了基于磁性逻辑器件的全新计算范式，如基于磁振子和非线性动力学的“磁振子学”（Magnonics）。讨论了如何利用磁性元件实现内存计算（In-Memory Computing），以及如何设计和优化自旋滤波器和自旋波器件，以实现高速信号传输和处理。 第11章：高灵敏度磁传感技术 高灵敏度磁场探测是生物医学成像、无损检测和导航系统的核心技术。本章系统介绍了基于GMR/TMR的磁传感器件，并特别聚焦于超高灵敏度的传感器，如隧道磁阻（TMR）阵列和原子磁力显微镜（MFM）的最新发展。讨论了利用高频磁场和非线性磁效应（如自旋波共振）来提高信噪比和空间分辨率的技术。 第12章：磁性在能源转换与环境科学中的交叉应用 本章拓展了磁性材料在非传统信息技术领域的应用。探讨了磁性材料在高效能源捕获（如热电磁效应）中的潜力。在环境科学方面，重点分析了磁性纳米颗粒在污染物吸附、催化降解和磁流体分离技术中的应用案例，强调了材料形貌和表面化学修饰对这些功能的重要性。 --- 本书的特点在于其严谨的物理基础叙述与对最新实验进展的紧密结合。通过对量子力学、固体物理和统计力学的系统应用，读者将能够深刻理解磁性现象的内在机理，并能够自主分析和设计未来的磁性器件与系统。
著者信息
作者簡介
任盛源
目前為中央研究院物理所研究員（Institute of Physics, Academia Sinica, Research Fellow）同時亦任教於臺灣科技大學機械系材料組。
1976年畢業於臺灣大學物理系並取得學士學位，1983年畢業於（美）卡內基美侖大學物理系（Carnegie-Mellon University, Physics Dept.）並取得博士學位，自1984年即服務於中研院物理所至今，其間亦曾分別於輔仁大學物理所及海洋大學光電所任職兼任教授，並持續在臺大材料、清大材料及交大電物等校系指導博士或碩士論文，至今受指導學生總數超過百餘人，研究課題俱與磁性物理相關；特別有關鐵磁性材料之電子傳輸、本徵磁性、單晶或非晶金屬磁材、磁彈性質、磁區與磁牆、鐵磁共振等。發表於SCI的文章篇數計135篇，（美）專利1項。
任盛源
目前為中央研究院物理所研究員（Institute of Physics, Academia Sinica, Research Fellow）同時亦任教於臺灣科技大學機械系材料組。
1976年畢業於臺灣大學物理系並取得學士學位，1983年畢業於（美）卡內基美侖大學物理系（Carnegie-Mellon University, Physics Dept.）並取得博士學位，自1984年即服務於中研院物理所至今，其間亦曾分別於輔仁大學物理所及海洋大學光電所任職兼任教授，並持續在臺大材料、清大材料及交大電物等校系指導博士或碩士論文，至今受指導學生總數超過百餘人，研究課題俱與磁性物理相關；特別有關鐵磁性材料之電子傳輸、本徵磁性、單晶或非晶金屬磁材、磁彈性質、磁區與磁牆、鐵磁共振等。發表於SCI的文章篇數計135篇，（美）專利1項。
图书目录
第一章 靜磁
1-1 簡介
1-2 偶極場
1-3 單位
第二章 磁性起源
2-1 軌道及自旋磁矩
2-2 史頓—葛拉賀實驗
2-3 自旋—軌道作用力
2-4 軌道角動量之壓制
2-5 軌道角動量之恢復
2-6 宏德法則
2-7 g 與 g' 值（實驗）
2-8 海森堡交換作用
2-9 小結論
2-10 附註
第三章 磁性種類
3-1 簡介
3-2 反磁性
3-3 順磁性
3-4 鐵磁性
3-5 螺旋磁性
3-6 亞鐵磁性
3-7 反鐵磁性
3-8 超順磁性
3-9 附註
第四章 磁異方性
4-1 磁異方性之起源
4-2 磁異方性
4-3 力矩磁力計
4-4 溫度與磁異方性之關係
4-5 磁異方性與晶粒大小之關係
4-6 附註
第五章 鐵（或亞鐵）磁體之磁化與退磁
5-1 去磁效應
5-2 磁力線
5-3 磁路
5-4 磁滯曲線
5-5 附註
第六章 磁區與磁牆
6-1 磁牆與磁區
6-2 磁區觀察實驗
6-3 附註
習 題
參考文獻
習題答案
索 引
1-1 簡介
1-2 偶極場
1-3 單位
第二章 磁性起源
2-1 軌道及自旋磁矩
2-2 史頓—葛拉賀實驗
2-3 自旋—軌道作用力
2-4 軌道角動量之壓制
2-5 軌道角動量之恢復
2-6 宏德法則
2-7 g 與 g' 值（實驗）
2-8 海森堡交換作用
2-9 小結論
2-10 附註
第三章 磁性種類
3-1 簡介
3-2 反磁性
3-3 順磁性
3-4 鐵磁性
3-5 螺旋磁性
3-6 亞鐵磁性
3-7 反鐵磁性
3-8 超順磁性
3-9 附註
第四章 磁異方性
4-1 磁異方性之起源
4-2 磁異方性
4-3 力矩磁力計
4-4 溫度與磁異方性之關係
4-5 磁異方性與晶粒大小之關係
4-6 附註
第五章 鐵（或亞鐵）磁體之磁化與退磁
5-1 去磁效應
5-2 磁力線
5-3 磁路
5-4 磁滯曲線
5-5 附註
第六章 磁區與磁牆
6-1 磁牆與磁區
6-2 磁區觀察實驗
6-3 附註
習 題
參考文獻
習題答案
索 引
图书试读
序
「磁性（Magnetism）」現象涵蓋了一個極為廣泛的課題，它可以與下列研究領域重疊：例如固態物理、電機工程、機械工程、材料與冶金工程、物理化學等。在工業界被應用的情形更是不勝枚舉，其重要性已不言可喻。作者自從在美國Carnegie-Mellon University物理研究所開始即從事「非晶磁性材料中磁牆運動」之研究，之後，回到中央研究院物理所仍一直持續地在磁性領域從事研究工作，至今已三十六年，在這段時間作者亦分別受聘於臺灣科技大學機械所、海洋大學光電所，及輔仁大學物理所，除指導學生論文外，並於上下學期在各研究所開課，名稱為「磁性物理與材料」。在準備教材時，深深感到市面上缺少一本適於大四或研一同學研讀有關「磁性」的教科書（且一般此類的教科書多為英文原版）。因此，作者特別就這些年研究與教學的經驗以中文寫成有關磁性物理的教科書，供大家分享。
這本書被命名《基礎磁性物理》，基本上，當然是與磁性（特別是鐵磁性）相關。在本書中作者要強調的是有關各項提及的（鐵）磁性其基礎物理方面的探討，較少（或僅偶然地）討論到材料特性與工程實用面。當然，這裡所指的基礎物理包括必須知悉的磁性理論與實驗。因此，這本書應該會給想入門磁學領域者一個良好的開始，讀者在閱讀本書之前僅需具備下列學科的背景知識：電磁學、固態物理、近代物理、固體力學，及熱力學。所以，原則上研讀本書對已修讀完大三課程的大四及研究所同學，應無太大的問題。
本書分為六個章節，第一章：靜磁學，介紹有關磁學中常用到的物理量、單位及其定義。第二章：磁性起源，介紹與磁起源相關之兩基本量—電子之軌道及自旋磁矩及彼此之作用，並進一步討論相鄰兩原子間的交換作用，作為形成鐵磁或反鐵磁現象之基本機制。第三章：磁性種類，介紹包括反磁、順磁、鐵磁、亞鐵磁、螺旋磁、反鐵磁及超順磁幾類常見對磁性的劃分（或種類）。並強調所謂侷限與巡遊電子兩觀點的對比。第四章：磁異方性，探討各磁異方性的起源、種類及實驗測定方式。第五章：鐵（或亞鐵）磁體之磁化與退磁，討論鐵磁體之基本（技術性）磁現象，包括去磁效應、磁路及磁滯曲線。第六章，磁區與磁牆，針對該兩磁性特徵的理論與實驗作討論。最末並附習題與解答，以供自修。
最後，本書的六個章節明顯尚未能包括磁性物理的全部以及其最新的發展，在此僅將之視為跨入磁性領域之入門教材，希望能予讀者有所幫助。
「磁性（Magnetism）」現象涵蓋了一個極為廣泛的課題，它可以與下列研究領域重疊：例如固態物理、電機工程、機械工程、材料與冶金工程、物理化學等。在工業界被應用的情形更是不勝枚舉，其重要性已不言可喻。作者自從在美國Carnegie-Mellon University物理研究所開始即從事「非晶磁性材料中磁牆運動」之研究，之後，回到中央研究院物理所仍一直持續地在磁性領域從事研究工作，至今已三十六年，在這段時間作者亦分別受聘於臺灣科技大學機械所、海洋大學光電所，及輔仁大學物理所，除指導學生論文外，並於上下學期在各研究所開課，名稱為「磁性物理與材料」。在準備教材時，深深感到市面上缺少一本適於大四或研一同學研讀有關「磁性」的教科書（且一般此類的教科書多為英文原版）。因此，作者特別就這些年研究與教學的經驗以中文寫成有關磁性物理的教科書，供大家分享。
這本書被命名《基礎磁性物理》，基本上，當然是與磁性（特別是鐵磁性）相關。在本書中作者要強調的是有關各項提及的（鐵）磁性其基礎物理方面的探討，較少（或僅偶然地）討論到材料特性與工程實用面。當然，這裡所指的基礎物理包括必須知悉的磁性理論與實驗。因此，這本書應該會給想入門磁學領域者一個良好的開始，讀者在閱讀本書之前僅需具備下列學科的背景知識：電磁學、固態物理、近代物理、固體力學，及熱力學。所以，原則上研讀本書對已修讀完大三課程的大四及研究所同學，應無太大的問題。
本書分為六個章節，第一章：靜磁學，介紹有關磁學中常用到的物理量、單位及其定義。第二章：磁性起源，介紹與磁起源相關之兩基本量—電子之軌道及自旋磁矩及彼此之作用，並進一步討論相鄰兩原子間的交換作用，作為形成鐵磁或反鐵磁現象之基本機制。第三章：磁性種類，介紹包括反磁、順磁、鐵磁、亞鐵磁、螺旋磁、反鐵磁及超順磁幾類常見對磁性的劃分（或種類）。並強調所謂侷限與巡遊電子兩觀點的對比。第四章：磁異方性，探討各磁異方性的起源、種類及實驗測定方式。第五章：鐵（或亞鐵）磁體之磁化與退磁，討論鐵磁體之基本（技術性）磁現象，包括去磁效應、磁路及磁滯曲線。第六章，磁區與磁牆，針對該兩磁性特徵的理論與實驗作討論。最末並附習題與解答，以供自修。
最後，本書的六個章節明顯尚未能包括磁性物理的全部以及其最新的發展，在此僅將之視為跨入磁性領域之入門教材，希望能予讀者有所幫助。
用户评价
评分
这本书的插图真是太棒了！我最近在研究一些关于磁畴壁动力学的课题，手头的参考资料大多是一些老旧的教科书，里面的示意图都显得有些过时和模糊。但这本书不同，它的图示非常清晰、现代，很多复杂的物理现象，比如磁斯通厄姆波的传播路径，用动态的、高分辨率的图表展现出来，让人一目了然。尤其是一些涉及量子隧穿和自旋转移矩（STT）的章节，作者巧妙地运用了三维模型来解释电子流如何影响磁化强度的翻转，这对我理解最新的MRAM技术非常有帮助。我花了大量时间对着那些结构图和能量势垒图进行分析，感觉自己的直觉都被这些高质量的可视化工具增强了。如果说有什么遗憾，那就是有些高级的数值模拟结果没有直接给出代码片段，但考虑到这是一本基础教材的修订版，这种侧重于概念阐述而非工程实现的取向也是可以理解的。总的来说，对于需要深入理解磁性材料微观结构与宏观性质之间联系的研究生来说，这本书的视觉呈现质量绝对是顶级的加分项。
评分我必须指出，这本书在引入前沿概念时的平衡把握得非常到位。它没有陷入过度专业化的泥潭，使得初次接触磁性物理的本科高年级学生可能会感到望而生畏；相反，它像一位经验丰富的导师，知道何时该放慢脚步，何时该加速。例如，在讨论自旋霍尔效应时，作者首先用非常直观的类比解释了角动量守恒在电荷输运中的体现，然后再引入了复杂的自旋纹理和非共面耦合项。更妙的是，它没有停留在经典描述上，而是巧妙地引入了贝里相位（Berry Phase）的概念，并将其与磁晶各向异性联系起来，这为后续学习拓扑磁学打下了坚实的基础。这种“由浅入深、兼顾经典与现代”的处理方式，使得这本书不仅是学习基础知识的工具，更像是一张通往更深层次研究领域的导航图，能有效激发读者探索更复杂理论模型的兴趣。
评分这本书的行文逻辑严密得令人惊叹，仿佛作者在脑海中已经为读者规划好了每一步的认知路径。从最基础的朗之万方程的引入，到如何将它修正以适应复杂介质中的阻尼效应，每一步的推导都遵循着一种近乎完美的递进关系。我特别欣赏作者在处理热力学涨落和平均场理论之间的过渡时所展现出的细腻。他没有简单地堆砌公式，而是花了相当的篇幅来解释为什么在特定尺度下，近似是合理的，而在另一些情况下，必须引入更复杂的统计模型。这使得读者在学习过程中不会感到知识点是孤立存在的，而是像搭积木一样，一层层地构建起对磁性系统稳定性和动态行为的深刻理解。这种教学法的深度，远超那些只关注罗列公式和计算结果的教材。读完关于亚铁磁性与反铁磁性相互作用的章节后，我对如何利用材料结构来“调控”磁耦合强度有了全新的认识，这绝非简单背诵几条规则就能达到的效果。
评分这本书的习题设计简直是精妙绝伦，它们绝非简单的公式代入练习，而是真正能够检验和巩固理解的“小项目”。很多习题都需要读者综合运用多个章节的知识点，甚至是需要结合一些基础的电动力学或量子力学的背景知识才能完成。我花了整整一个周末来攻克关于“磁弛豫时间与布洛赫方程修正”的那一组题目，它要求我推导出在非均匀温度梯度下的磁化强度演化方程，这不仅仅是代数运算，更是一种物理建模能力的锻炼。更有趣的是，有些习题的答案部分提供了解释性的提示，而不是直接给出一个数字，这极大地鼓励了独立思考。这种注重培养分析和解决实际问题的能力的训练模式，是我在其他教材中很少遇到的。坦白说，虽然我为这些习题花费了不少时间，但最终的成就感和所获得的技能提升，远超出了我投入的时间成本。
评分与其他一些偏重于电子结构计算或实验表征的书籍相比，这本书在对“磁性起源”的哲学性探讨上显得尤为突出。作者似乎并不满足于仅仅描述“是什么”和“如何测”，他花费了大量的篇幅来探讨“为什么会这样”。例如，关于海森堡交换相互作用的起源，他详细回顾了泡利不相容原理和电子云重叠的微观机制，并讨论了不同晶格结构如何通过轨道杂化影响耦合强度。这种对基本物理原理的回归和坚持，让读者能够真正理解磁性现象背后的本质驱动力，而不是仅仅记住一系列经验性的参数。当我阅读到关于磁各向异性能量的最小化路径分析时，我仿佛能感受到材料内部的电子在努力寻找能量最低点的“挣扎”，这种拟人化的描述，反而加深了我对晶体场理论的理解。这种对深层物理内涵的挖掘，是这本书最宝贵的财富之一。
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2025 ttbooks.qciss.net All Rights Reserved. 小特书站 版权所有