磁性物理的基础-磁畴与技术磁化

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1、磁畴与技术磁化E、磁性物理的基础二、磁畴的形成三、磁畴的覌察四、技术磁化五、动态磁化过程一、退磁场一、退磁场铁磁体在外磁场H中的能量(单位体积)(I为铁磁体的磁化强度)当铁磁体由于磁化，在表面具有面磁极(荷)或体磁极(荷)时，在铁磁体内将产生与磁化强度方向相反的退磁场Hd。如果磁化均匀，则退磁场也是均匀磁场，且与磁化强度成比例而方向相反，因此N称为退磁因子。对于形状规则的样品，N由样品的几何形状和大小来决定。对于一个椭球样品，在直角坐标系中，磁化强度在三个轴方向上的分量为Ix,Iy,Iz,则退磁因子N为Hdx

2、=-NxIx,Hdy=-NyIy,Hdz=-NzIzNx+Ny+Nz=1(4[CGS])对于球形样品：a=b=c,Nx=Ny=Nz=N0=1/3(4/3)对于长园柱样品：a≫b=c,Nx=0,Ny=Nz=1/2(2)对于极薄园盘样品：a≪b,c,Ny=Nz=0,Nx=1(4)退磁因子的计算(1)沿长轴方向磁化的旋转椭球：K是上长度与直径之比(2)k≫1的情况，相当于一个细棒(3)近于园盘形状的扁园形椭球K是直径对厚度的比磁化曲线的退磁场校正当测量的磁化强度随外磁场的变化，如图虚线所示，实线为真实的磁化

3、曲线。因为作用在样品中的磁场是有效场，而不是外加磁场。有效场为：例如，磁化一个矫顽力Hc=2Am-1(=0.025Oe)的坡莫合金小球到饱和，坡莫合金的饱和磁化强度Is=1.16T,退磁场的饱和值(最大值)因而要使坡莫小球饱和，必须加的外磁场Hex>Hd。相当于矫顽力Hc的105倍。空腔内的磁场：空腔表面自由磁极产生的磁场为N为与空腔形状相同的退磁因子，对球空腔对空腔内的磁场方向与磁化强度方向相同。称为罗伦兹场(Lorentz)。退磁能举平行反向的磁化区域(下端至无限)为例耒计算退磁场能。由图可见，在上端XY

4、表面上的磁极分布表示为当2md

5、个晶体均匀磁化的结果，必然产生磁极，磁极的退磁场增加了退磁能(1/2)NIS2。二、磁畴的形成例如对一个单轴各向异性的钴单晶。(a)图是整个晶体均匀磁化，退磁场能最大(如果设Is103高斯，则退磁能106尔格/厘米3)。从能量的覌点出发，分为两个或四个平行反向的自发磁化的区域(b),(C)可以大大减少退磁能。如果分为n个区域(即n个磁畴)，能量约可减少1/n，但是两个相邻的磁畴间的畴壁的存在，又增加了一部分畴壁能。因此自发磁化区域(磁畴)的形成不可能是无限的，而是畴壁能与退磁场能的和为极小值为条件。形成如

6、图d，e的封闭畴将进一步降低退磁能，但是封闭畴中的磁化强度方向垂直单轴各向异性方向，因此将增加各向异性能。单轴晶体内磁畴的形成(e)(d)NSNSSNSNNNSSSSNNNNNNSSSS(a)(c)(b)磁畴宽度--D对单轴晶体的磁畴结构的估算：设畴宽为D，晶体长度为L，为每单位面积的畴壁能。对于上、下每单位表面而言，晶体内部的畴壁面积共为L/D《1/D为单位宽度上有多少畴壁》，故其畴壁能为L/D，上下两端的各磁极而产生的退磁能为1.71Is2D。磁畴的分布决定于能量极小值条件，即故(磁畴

7、宽度)对铁而言，2尔格/厘米2，Is1700高斯，当L=1厘米时，D10-3厘米。D畴壁能与退磁能的平衡有450封闭畴时，如图c，虽然表面没有磁极，没有退能，但增加各向异性能。上下两端每单位表面积内闭合磁畴的体积为D/2，故各向异性能为K1·D/2。设L=1厘米，将铁的各值代入，D=10-3厘米。对立方晶系，450封闭畴内磁化强度与易轴平行，各向异性能为零。此时是自发磁化引起的形变产生的磁弹性能。其中exx=100,,畴壁能与磁晶各向异性能的平衡畴壁能与磁弹性能的平衡畴壁能--和畴壁宽度相邻的两

8、个磁畴内的磁化强度方向常常是反平行或相互垂直，称为1800畴壁和900畴壁，在畴壁中磁化矢量是逐步转变的。举1800畴壁为例，看畴壁的厚度和畴壁能。畴壁内主要考虑交换能与各向异性能的平衡。下面计算均按单位面积计。(J交换积分)ij为原子i和j自旋方向的夾角，设畴壁厚度为N+1个原子间距。则交换能的面密度为a为晶格常数，0为两畴内磁化强度间的夹角。磁晶各向异性能密度为畴壁能密度为Na=为畴壁厚度