1.3.2　某些3d过渡金属原子
及离子的电子排布及磁矩

磁性体中磁极化的担当者，是由于电子运动造成的磁偶极矩。尽管核内质子的运动（自旋）也会产生磁偶极矩，但与电子运动的贡献相比要小得多，在处理永磁体等强磁性体时，忽略核磁矩的贡献不会产生什么问题。为了理解永磁材料磁极化的大小，必须了解由电子运动产生的磁偶极矩的大小。

电子的运动分轨道运动和自旋运动。处于最低能量状态的电子（沿能量最低轨道回旋的电子）产生的磁偶极矩μBohr,其大小经计算为：

式中，e、me分别是电子电量和电子质量；=h/（2π）（h为普朗克常数）；μBohr称为波尔磁子（B.M.），作为测量原子的磁偶极矩的单位，经常使用。在SI单位制中，1μBohr的大小为1.165×10-29Wb·m。按上述模型，由于电子的角动量lBohr可由表示，故上式可表示为：

等号右边的负号意味着电子的磁偶极矩与其角动量方向相反。

电子的轨道形状各式各样，例如有球形轨道和哑铃轨道等。为了更精确地了解电子的磁矩，需要用到量子力学。若轨道角动量取作l、自旋角动量取作s，则由l和s决定的磁偶极矩Ml和Mspin分别由下面两式给出：

磁性材料所涉及的原子都具有多个电子，因此其磁偶极矩是各电子所具有的磁偶极矩的合成。对于原子的各轨道填满电子（满壳层）的原子来说，其合成角动量为0。由于许多物质是电子轨道相重叠（相互达到满壳层）的化合物，因此自然界中存在的物质并非都具有磁矩。

表1-5　3d过渡元素中性原子的磁矩

表1-6　某些3d过渡元素离子的电子排布和离子磁矩

表1-7　在正尖晶石和反尖晶石铁氧体中，每个分子的离子排列和净磁矩