磁性材料第5章磁畴理论2.ppt

《磁性材料第5章磁畴理论2.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、铁磁性物质的基本特征是物质内部存在自发磁化与磁畴结构。1907年Weiss在分子场理论的假设中，最早提出磁畴的假说；而磁畴结构的理论是Landon—Lifshits在1935年考虑了静磁能的相互作用后而首先提出的。磁畴理论已成为现代磁化理论的主要理论基础。第五章磁畴理论5.1磁畴的起源一、磁畴形成的根本原因铁磁体内有五种相互作用能：FH、Fd、Fex、Fk、。根据热力学平衡原理，稳定的磁状态，其总自由能必定极小。产生磁畴也就是Ms平衡分布要满足此条件的结果。若无H与作用时，Ms应分布在由Fd、Fex、Fk三者所决定的总自由能极小的方向，但由于铁磁体有一定的几何尺寸，Ms的一致均匀分

2、布必将导致表面磁极的出现而产生Hd，从而使总能量增大，不再处于能量极小的状态。因此必须降低Fd。故只有改变其Ms矢量分布方向，从而形成多磁畴。因此Fd最小要求是形成磁畴的根本原因。分成n个磁畴后，Fd→(1/n)Fd但是形成磁畴后,将引起Fex与Fk的增加（即畴壁能）。因此，磁畴数目的多少及尺寸的大小完全取决于Fd与畴壁能的平衡条件。二、从片状磁畴说明磁畴分成小区域的原因设想一面积较大的磁体：情况1：自发磁化后不分畴，全部磁矩向一个方向LMsSSSSNNNN情况2：自发磁化形成简单的片状磁畴此时，材料表面也出现磁极，内部也有Fd，同时，由于畴壁能的存在，需要考虑二者的共同作用。LS

3、NSNSNSNSN为单位面积的畴壁能（畴壁能量密度）可见尽管增加了Ew，但Fd↓，总能量↓。■只有Fd是形成多畴结构的根本原因因为铁磁体内磁畴形成的大小与形状及磁畴的分布模型，原则上由Fd、Fex、Fk与四种能量共同决定，磁畴结构的稳定状态也应是这四种能量决定的极小值状态，但这四种能量中，Fex使磁体内自发磁化至饱和，而自发磁化的方向是由Fk与共同决定的最易磁化方向。由此可见Fex、Fk与只是决定了一磁畴内Ms矢量的大小以及磁畴在磁体内的分布取向，而不是形成磁畴的原因，只有Fd才是使有限尺寸的磁体形成多畴结构的最根本原因。三、决定磁畴结构的因素除Fd外1、磁各向异性实际铁磁体中磁矩

4、方向不能任意选取。（综合考虑Fex、Fk）2、磁致伸缩，即考虑。畴壁及畴壁分类Bloch壁的结构和畴壁能Neel壁的结构和畴壁能十字壁畴壁的动态性质参考姜书4.7，4.8节在讨论磁畴结构之前，我们先分析畴壁的性质，因为畴壁的性质往往影响着磁畴的结构。5.2畴壁结构和畴壁能理论和实验都证明，在两个相邻磁畴之间原子层的自旋取向由于交换作用的缘故，不可能发生突变，而是逐渐的变化，从而形成一个有一定厚度的过渡层，称为畴壁。按畴壁两边磁化矢量的夹角来分类，可以把畴壁分成180壁和90壁两种类型。在具有单轴各向异性的理想晶体中，只有180壁。在K1＞0的理想立方晶体中有180壁和90

5、壁两种类型。在K1＜0的理想立方晶体中除去180壁外，还可能有109和71壁，实际晶体中，由于不均匀性，情况要复杂得多，但理论上仍常以180和90壁为例进行讨论。一.畴壁及畴壁分类立方晶系，易磁向〈100〉180壁和90壁180畴壁畴90壁立方晶系,易磁向〈111〉，有180壁，71壁和109壁71°109°畴壁的概念最早是Bloch提出的，Neel分析了它的结构：在大块晶体中，当磁化矢量从一个磁畴内的方向过渡到相邻磁畴内的方向时，转动的仅仅是平行于畴壁的分量，垂直于畴壁的分量保持不变，这样就避免了在畴壁的两侧产生磁荷，防止了退磁能的产生。这种结构的畴壁称作

6、Bloch壁。Bloch180壁的结构：为保证自发磁化强度在畴壁法线方向的分量连续，畴壁应取如图方式。二.Bloch壁的结构特性和畴壁能Bloch180畴壁中原子层电子自旋方向的转变形式：摘自B.A.LiLLey,Phil.Mag.,41,792,1950见宛书p243该表与姜书p249表4－7相同，但已经换算为SI单位制J﹒m-3附录：Fe的相关数据之估算各文献所取数值不尽相同。该值和前面表中数值有别，但量级是相同的。差别并不大。这是一个下面常用的数值。畴壁内原子自旋取向变化的方式除去Bloch方式以外，还在薄膜样品中发现了另一种Neel壁的变化形式，前者壁内的自旋取向始终平

7、行于畴壁面转向，多发生在大块材料中，后者壁内的自旋取向始终平行于薄膜表面转向，在畴壁面内产生了磁荷和退磁场，但在样品表面没有了退磁场。三.Neel壁的结构和畴壁能Neel壁Bloch壁从图可以看出：随着材料厚度的变薄，Bloch壁在样品表面产生的退磁场能会变得很大，相反，Neel壁的退磁场能会变得比较小，所以薄膜中会出现Neel壁。具体计算如下：在薄膜厚度为D的两面有露出的磁极，产生退磁能。畴壁可以看成是椭圆截面的柱体，长轴为D，短轴为畴壁宽度，产生的单位畴壁面积退