磁畴结构与技术磁化 20101029.pdfVIP

磁畴结构与技术磁化 主要讨论的问题: 一 磁畴结构 1 磁畴的成因 2 磁畴结构及其特性 3 畴壁厚度和畴壁能计算 二 技术磁化 1 磁化过程概述 2 可逆畴壁位移磁化过程 3 不可逆畴壁位移磁化过程 我们知道，如果磁性体内不同原子间的电子自旋存在交换作用 并且交换积分A0 时，近邻原子的磁矩取向相同，从而产生自 发磁化，自发磁化强度的大小与温度有关。 既然铁磁性物质在居里点以下存在自发磁化，那么，在未受外 磁场时为什么绝大多数铁磁体不显示宏观磁性呢？ 外斯在“磁畴假说”中指出，在铁磁体内部分成许多自发磁化的 小区域，称为“磁畴”。在每个磁畴的内部自发磁化是均匀的， 但是在不同的磁畴内，自发磁化的方向不同，其结果是各磁畴 的磁矩互相抵消，因而在宏观上不显示磁性。 朗道和栗弗席兹最早从理论上证明了在铁磁体内部应当存在着 磁畴。 为什么铁磁体会形成磁畴？ 一.磁畴结构 1. 磁畴形成的根本原因： 根据热力学平衡原理，稳定的磁状态一定与铁磁体内总自由能为 极小状态相对应。铁磁晶体内五种相互作用能，包括外磁场能、磁弹 性能、交换能、磁晶各向异性能、退磁场能。假设铁磁体无外磁场和 外应力作用， 自发磁化的取向，应该由交换能、磁晶各向异性能和退 磁场能共同决定的总自由能为极小来决定。若交换能和磁晶各向异性 能都同时满足最小值条件，则自发磁化分布在铁磁体的一个易磁化方 向上。但是，由于实际的铁磁体有一定的几何尺寸，自发磁化的一致 排列，必然在铁磁体表面上出现磁极而产生退磁场，这样就会因退磁 场能的存在使铁磁体内的总能量增大，自发磁化的一致取向分布不再 处于稳定状态。为了减小表面退磁场能，只有改变自发磁化分布状态, 于是，在铁磁体内部分成许多自发磁化的小区域，这样的每个小区域 成为磁畴。对于不同的磁畴，其自发磁化强度的方向各不相同。 因此，铁磁体内产生磁畴，实质是自发磁化平衡分布要满足能量 最小原理的必然结果，而退磁场能最小要求是磁畴形成的根本原因。 • 铁磁晶体内五种相互作用能，包括 外磁场能：指磁性体的磁化强度相对于外磁场有不 同取向时候，其磁势能不同，这一磁势能为外磁场 能； 退磁场能：铁磁体被磁化后在其表明或内部不均匀 处将产生磁荷，这种面磁荷和体磁荷在铁磁体内所 产生的磁场称为退磁场。退磁场与铁磁体磁化强度 的作用能称为退磁场能； 交换能：指的是电子自旋之间的交换能； 磁晶各向异性能：它是由晶体场与轨道电子间的作 用、电子的轨道磁矩与自旋磁矩间的作用的耦合效 应所产生的； 磁弹性能：指磁致伸缩过程中磁性与弹性之间的耦 合作用能。 定性分析: 如图为单轴晶体磁畴形成图例分析 上图为单轴晶体内磁畴形成的示意图。在图（a）中，整个晶 体内的自发磁化均匀一致地取单易磁化方向，晶体表面出现了磁 极，因而，晶体内的总能量要包括新出现的退磁能。图(b)和(c) 中，为降低表面退磁场能，自发磁化分布发生变化，分成两个或 四个反向平行的磁畴，从而大大减小了表面退磁场能。 如果分成更多的磁畴，例如有n个，则晶体表面退磁场能可 以减少到只有原来1/n，但是，形成磁畴以后，两个相邻磁畴之 间存在着约为 3 原子数量级宽度的自发磁化强度由一个畴的方 10 向改变到另一个畴的方向的过渡区域，在这个过渡区域内，磁矩 遵循能量最小原理，按照一定规律逐渐改变方向，这样的过渡区 域称为畴壁。畴壁内的各个磁矩取向不一致，必然增加交换能和 磁晶各向异性能而构成磁畴壁能量。 全面考虑，就不能单纯只考 虑降低表面退磁场能而分成无限个磁畴，而要考虑退磁场能的降 低和磁畴壁能量增加的利弊，即由它们共同决定的能量极小条件 来确定磁畴的数目。这就是说，在形成磁畴的过程中，磁畴的数 目和磁畴的尺寸、形状等，原则上应由退磁场能和磁畴壁能的平 衡条件来决定。磁畴的形状、大小和分布情况便构成了磁畴结 构，铁磁体的磁性参