最新磁晶各向异性能教学讲义ppt课件.ppt

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1、磁晶各向异性能自发磁化磁畴:在未加外磁场时,铁磁金属内部已经磁化到饱和状态的小区域.自发磁化:在未加外磁场时,铁磁金属内部的自旋磁矩已经自发地排向了同一方向的现象.磁畴磁畴铁磁性材料所以能使磁化强度显著增大，在于其中存在着磁畴（Domain）结构在未受到磁场作用时，磁畴方向是无规的，因而在整体上净磁化强度为零每个磁矩方向一致的区域就称为一个磁畴。不同的磁畴方向不同，两磁畴间的区域就称为磁畴壁。原子间距离太远，表现孤立原子特性原子间距离适当时，a原子核将吸引b原子的外囲电子，同样b原子核将吸引b原子的外囲电子。原子间电子密度增加。

2、电子间产生交换作用，或者说a、b原子的电子进行交换是等同的，自旋平行时能量最小。铁磁耦合a.b原子核外电子因库仑相互作用相互排斥，在原子中间电子密度减少。原子间距离再近，这种交换作用使自旋反平行，a、b原子的电子共用一个电子轨道，抅成反铁磁耦合铁磁性的起源----直接交换相互作用ab(1)(2)rabb(2)a(1)ababab(分子场)铁磁相互作用实验事实：铁磁性物质在居里温度以上是顺磁性；居里温度以下原子磁矩间的相互作用能大于热振动能，显现铁磁性。这个相互作用是什么？首先要估计这个相互作用有多强。铁的原子磁矩为2.2MB

3、=2.2x1.17x10-29，居里温度为103度，而热运动能kT=1.38x10-23x103。假定这个作用等同一个磁场的作用，设为Hm，那么2.2MBxHmkTHm109Am-1(107Oe)序言：在磁性物质中，自发磁化主要来源于自旋间的交换作用，这种交换作用本质上是各向同性的，如果没有附加的相互作用存在，在晶体中，自发磁化强度可以指向任意方向而不改变体系的内能。实际上在磁性材料中，自发磁化强度总是处于一个或几个特定方向，该方向称为易轴。当施加外场时，磁化强度才能从易轴方向转出，此现象称为磁晶各向异性。一、磁晶各向异性

4、[100][110][111]由磁化曲线和M坐标轴之间所包围的面积确定。我们称这部分与磁化方向有关的自由能为磁晶各向异性能。显然易磁化方向磁晶各向异性能最小，难磁化方向最大。而沿不同晶轴方向的磁化功之差就是代表不要方向的磁晶各向异性能之差。磁化过程中的磁化功。由于磁晶各向异性的存在，如果没有其它因素的影响，显然自发磁化在磁畴中的取向不是任意的，而是在磁晶各向异性能最小的各个易磁化方向上。2.磁晶各向异性能的表示磁晶各向异性能磁晶各向异性大的适于作永磁材料，小的适于软磁材料。材料制备中人工地使晶粒的易磁化方向排在一特定方向以提高该

5、方向磁性能。(如硅钢片生产工艺上的冷扎退化，铝镍钴生产中的定向浇铸(柱晶取向)和磁场中热处理，磁场成型等都是利用磁晶各向异性。立方晶系晶体磁晶各向异性能：室温下：铁K1=4.2×104J/m3;CoK1=41×104J/m3;NiK1=-0.34×104J/m3;图中看到当[100]方向为易磁化轴和[111]方向为易磁化轴的各向异性能的空间分布状况。磁晶各向异性能磁晶各向异性大的适于作永磁材料，小的适于软磁材料。材料制备中人工地使晶粒的易磁化方向排在一特定方向以提高该方向磁性能。(如硅钢片生产工艺上的冷扎退化，铝镍钴生产中的定向

6、浇铸(柱晶取向)和磁场中热处理，磁场成型等都是利用磁晶各向异性。立方晶系晶体磁晶各向异性能：室温下：Fe:K1=4.2×104J/m3;Ni:K1=-0.34×104J/m3;六角晶系晶体磁晶各向异性能：EK=Ku1sin2θ+KU2sin2θ+…CoKU1=41×104J/m3;产生磁晶各向异性的来源比较复杂，一直在研究之中。目前普遍认为和自旋-轨道耦合与晶场效应有关。经过多年研究，局域电子的磁晶各向异性理论已经趋于成熟，目前有两种模型：单离子模型和双离子模型。主要适合于解释铁氧体和稀土金属的磁晶各向异性。而以能带论为基础用于

7、解释过渡族金属的巡游电子磁晶各向异性理论进展迟缓，尚不完备。（见姜书P221-228）下面介绍Kittel的一种简明解释：由于自旋-轨道耦合作用使非球对称的电子云分布随自旋取向而变化，因而导致了波函数的交迭程度不同，产生了各向异性的交换作用，使其在晶体的不同方向上能量不同。5.磁晶各向异性的机理：磁晶各向异性机理的一种简明解释见Kittelp240磁晶各向异性是由自发磁化强度和晶格之间的相互作用产生的，因而自发磁化强度的温度关系将导致磁晶各向异性的温度变化。实际上磁晶各向异性对温度的依赖性比自发磁化强度对温度的依赖强的多。在材料

8、中局域自旋的方向余弦(1,2,3)并不同于总自发磁化强度的方向余弦(1,2,3)，它们的差别随温度的升高而增加。温度为T的立方各向异性为：在‹›为所有自旋簇的角函数的平均值，在‹›，角函数的幂越高，函数‹›随着温度升高降得越快。根据对次幂函数的精确计