课件11第五章：磁畴理论2概要.ppt

* 第五章：磁畴理论 磁性物理学 定义：畴壁是相邻两磁畴间磁矩按一定规律逐渐改变方向的过渡层。 畴壁有一定的厚度。 5-3 畴壁厚度和畴壁能计算 相邻的两个磁畴内的磁化强度方向常常是反平行或相互垂直，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。 当两原子磁矩间的夾角为?时，交换能的增量为 设畴壁厚度为N个原子间距。 a为晶格常数， Na=?为畴壁厚度 畴壁能密度为 交换作用能+磁晶各向异性能 单位面积畴壁内的交换能增量为： 磁晶各向异性能密度为 求能量极小值的条件 对于铁的1800畴壁,??0=1800=?，得到 晶格常数 一、1800Bloch畴壁的厚度与畴壁能计算 实际畴壁中磁矩的转向在畴壁厚度中是非均匀过渡的。 Z轴为畴壁法线方向，磁矩始终在XOY平面内旋转且与Z轴垂直，以θ代表磁矩转过角度，并令Z＝0时θ=0。 x y z ∴z从－∞ → + ∞,相应地， θ 从－π/2→ +π/2 ∴θ 是z的函数θ(z)，θ = (?θ/?z)a，a为晶格常数 5-3 畴壁厚度和畴壁能计算 在畴壁两边，即z→±∞处，磁矩在易磁化方向，Fk＝0，由两边进入畴壁，θ逐渐改变， Fk 逐渐增加。 单轴各向异性的晶体，进到z＝0处，Ms⊥易磁化方向， Fk 最大。 立方晶体，在畴壁中点(z＝0)处， Ms∥易磁化方向， Fk＝0 所以，立方晶体的Fk在畴壁的两边为零，进入畴壁后逐渐增大到最大值，再进入又减小，在z＝0处又减到零。 可见， Fk是θ的函数。 ∴单位面积畴壁中的磁晶各向异性能为： ∴单位面积畴壁总能量为： 平衡稳定状态要求能量最小，即转向角稍有改变（δθ），总能量不变（δγω＝0）。 表明在畴壁内任一地方，磁化矢量的取向分布处于平衡稳定状态时，其单位体积中磁晶各向异性能 g(θ) 均与交换能A1(?θ/?z)2相等。 可见，由于g(θ)在晶体中各项不等，故?θ/?z也不均匀。 可把θ 接近π/2处视为边界。 0 300 -300 -900 900 z -3 0 -1 1 3 0 -8 -6 6 8 0 900 1800 (2)、考虑磁弹性能后立方晶体的1800壁 0 2 4 -2 -4 0 450 900 z θ 二、立方晶体中的900壁 如图： 900壁平行于XOY平面，其法线n与z轴平行。 x[100] y[010] z[001] 5-4 磁畴结构计算 均匀铁磁体：完整的理想晶体，其内部磁畴结构通常表现 为排列整齐，且均匀分布于晶体内各个易 磁化轴的方向上。 磁畴结构：片型畴、封闭畴（闭流畴）、表面畴 一、单轴晶体的理论磁畴结构 1、片型畴 样品内的磁畴为片型，相邻两畴的Ms成1800角，在样品单位面积，厚度为L的体积内能量为： S S N N D L 一、 均匀铁磁体的磁畴结构计算 2、封闭畴 如图：样品端面上出现了三角形磁畴，封闭了主畴的两端。 形成机制： 前面讨论片状磁畴磁畴时涉及到表面出现了交替磁极。可以设想这些磁极的附近会产生局部磁场（如图）使这些区域发生新的磁化，磁化的方向在局部磁场方向，这样就形成了封闭畴。 D D D/2 D/2 N N S 有了封闭畴，主畴的磁通量通过封闭畴进入邻近的主畴，形成闭合磁路，因此无磁极出现，退磁场就不存在了，退磁场能为零。但同时增加了封闭畴的磁晶各向异性能。 D 1 D/2 二、立方晶体的理论畴畴结构 1、片形畴：与单轴晶体的 片形畴一样 2、立方晶体[100](001)面上的磁畴结构 对于K10的立方晶体的（001）面上，有两个易磁化轴，故主畴与封闭畴的Ms均在易磁化轴上，而且由于晶体的长度方向就是[100],所以磁畴结构是典型的封闭畴（如图）。 D D D/2 D/2 L [010] [100] [001] 在这种情况下，Fd与Fk均不需要考虑，只需考虑畴壁能与磁致伸缩能。 磁致伸缩能的产生： 材料自居里点冷下来时，发生自发形变，若λ0,则沿自发磁化强度的方向上将发生伸长，这样主畴与封闭畴均要在其自发磁化强度的方向上伸长，由于主畴与封闭畴的Ms彼此成900，所以形变方向互相牵制。换言之，由于主畴