固体磁性量子理论的建立

外斯在 1907 年提出的分子场理论相当成功地描述了铁磁体的磁特性，但是，这个理论是唯象的，不能说明分子场的本质。1928 年海森伯

提出用量子力学来解释铁磁性，最早建立了以局域磁矩为基础的交换相互作用理论。这个理论给出下面几个主要结果：(1)分别具有自旋 Si 和 Sj 的原子 i 和原子 j 之间的相互作用能包含一项 u＝−2jeSi·Sj，其中 Je

是交换积分，决定于两个原子轨道的重迭，这就是两个原子交换能的表达式，也叫海森伯模型。(2)铁磁性分子场来源于电子间的交换作用。(3) 交换积分 Je＞0 将导致铁磁性，Je＜0 则导致反铁磁性。

海森伯根据他的磁性量子理论最先认识到交换能大于零时，自旋平行的状态是能量较低的状态。磁畴中自旋磁矩自发趋于平行排列是由铁磁体中相邻原子间的交换作用引起的。以前把分子场当作磁相互作用等效场，难于理解其强度为什么能高达 107 高斯。利用海森伯理论，这一事实可得到很好的解释。

海森伯的学生布洛赫在完成能带理论及金属电导理论的研究工作之后，也转入磁性量子理论的研究领域，1929 年提出金属中自由电子气在一定条件下可能产生铁磁性。后来通过斯通纳(E.C.Stoner)、斯莱特(J.C.Slater)的继续努力，形成了巡游电子模型。1931 年布洛赫又提出自旋波的概念，进一步发展了磁性理论。

对磁学做出贡献的还有法国物理学家奈耳(L.E.F.Neel)，1932 年他发现了反铁磁性，这是由于在同一种材料中有两种不同的铁磁亚点阵引起的，虽然每一个亚点阵的磁性都很强，但由于两套亚点阵的磁化方向相反，从整体上看，它们的铁磁性大部分互相抵消了。16 年后奈耳又发

现了亚铁磁性，并成功地作出了解释。由于在磁学方面的基本研究成就， 奈耳在 1970 年获诺贝尔物理奖。

第二次世界大战以后，固体物理学在 30 年代奠定的基础上进一步发展，结出了丰硕果实。其中最大的硕果就是发明了晶体管。又由于晶体管的研制推动了半导体物理和半导体技术的迅猛发展。另一方面，固体物理学的基础理论在继续巩固的同时，也不断长出新的分支。例如：超导电性理论的建立和高温超导材料的研究导致了超导物理学的发展；无序结构的研究生长出一门崭新的学科——非晶态物理，等等，下面仅就这几个方面略作介绍。