课件7磁晶各项异性1概要.pptVIP

* 第四章 磁各向异性与磁致伸缩 磁性物理学 * 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。 [100] [110] [111] 一、磁晶各向异性的宏观描述 单晶体： 原子离子按同一方式有规则地周期性排列组成的 固体。 多晶体：由许多取向不同的单晶体组成的固体。 1、Fe、Co、Ni单晶的磁化曲线（如图P158 Fig.4-1） 三种单晶体沿不同晶轴方向磁化可以得到不同的磁化曲线（这种特性称为磁晶各向异性，是铁磁体单晶的一种普遍属性），而且沿不同的晶轴方向磁化到饱和的难易程度相差甚大。 易磁化方向与难磁化方向 易磁化方向是能量最低的方向，所以自发磁化形成磁 畴的磁矩取这些方向，在较弱的H下，磁化就很强甚 至饱和。 易磁化轴与难磁化轴： Fe：易轴 [100]，难轴 [111] Ni：易轴 [111]，难轴 [100] Co：易轴 [0001]，难轴 [1010] 2、磁化功——铁磁体磁化时所需要的磁化能 沿铁磁晶体不同的晶轴方向上，磁化到饱和时所需要的磁化能不同： 3、磁晶各向异性能 定义：饱和磁化强度矢量在铁磁体中取不同方向而改变的能量。 只与磁化强度矢量在晶体中相对的取向有关。在易磁化轴上，磁晶各向异性能最小，Ms与磁畴取向它最稳定. 4、磁晶各向异性常数（用以表示单晶体磁各向异性的强弱） 对于立方晶体，定义为：单位体积的铁磁体沿[111]轴与沿[100]轴饱和磁化所耗费的能量差。 ∴ Fe： K0， Ni： K0 对于六角晶系： ∴ Co： K0 二、磁各向异性类型 按其起源物理机制可分为： ● 磁晶各向异性 磁性单晶体所固有的 磁形状各向异性： 反映沿磁体不同方向磁化与磁体几何形状有关的特性。 磁矩取向一致→退磁场→退磁场能（取决于磁体的几 何形状，如：由细长微粒组成的磁体、磁性薄膜）→ 显出很强的形状各向异性 磁应力各向异性： 反映磁体内磁化强度矢量取向与应力方向有关的特性。 交换磁各向异性： 将强磁性的Co微粒表面进行微弱 氧化，形成薄层CoO，由于Co是铁磁 性的，而CoO是反铁磁性的，在Co与 CoO界面就有交换作用，当磁场热处理 后，由此引起交换各向异性（做成磁带，录音效果好）。 CoO薄膜 Co 包Co粒子 感生磁各向异性： 许多铁磁性合金与铁氧体中，通过对磁体施以某种 方向性处理的工艺，可以感生出磁各向异性。 感生各向异性又可分为： 磁场热处理感生各向异性 弹性形变感生各向异性 生长感生各向异性 辐照感生各向异性 三、磁晶各向异性能的数学表达式 1933年阿库诺夫首先从晶体的对称性出发将磁晶各向异性能用磁化矢量的方向余弦表示出来。 由于晶体的宏观对称性，当Ms处于晶体对称位置时 可能改变符号，但Fk在对称位置不变。 （一）、立方晶体的磁晶各向异性能 （Fe、Ni 、尖晶石） 设铁磁体为未变形的理想晶体 ∴可将Fk展开成 的幂级数形式。  由图可以看出，x、y、z三个坐标轴不论是正反两个方面或者是其中任意两个坐标互换，而 总是保持不变。 ∴上式中只能出现 的偶次函数关系。 并且为轮换对称。 ∴可将B3、B5项并入B0及B6项 最后，立方晶体的磁晶各向异性能 的数学表达式为： 一般在考虑Fk相对于Ms取向变化时，常将K0略去： 其中：K1、K2为磁晶各向异性常数，磁性材料特性参数之一。其大小表征磁性材料沿不同方向磁化至饱和时磁化功的差异。 讨论： 1、沿[100]方向（x轴）磁化 2、沿[110]轴磁化： 3、沿[111]轴磁化： Fe：易轴[100]，难轴[111]