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磁性材料原理及应用 1 与外磁场H的关系: 磁矩M：单位体积的磁偶极矩M=nPm M=χm H 磁通量密度B： B= μ0(H+M)= μ0(H+χm H)= μ0(1+ χm )H= μH μ =1+ χm 2 Maxwell方程 软磁材料: Hc 103 A/m以下时,软磁材料 硬磁材料:Co5Sm, Nd2Fe14B, Hc可能高达2?106 A/m 记录材料:介于两者之间.在面对附件原件或电流周围磁场时保持磁化,但在施加适当磁场HHc时,可以被逆转.r-Fe2O3相,薄膜材料CoP, CoCr, CrO2, (FeCo)80Tb20 相关能力密度 去磁场: 表面自由磁极,与样品形状有关 Magnetocrystalline anisotropy Neel Wall Cross-tie wall 磁化过程 AC磁化过程: 低频时以磁畴壁的移动为主 高频时:当驱动频率接近磁场中磁矩固有频率时,Landan-Lifshitz方程,以转动为主 For uniaxial anisotropy and domain walls are parallel to the easy axis In summary A purely hard-axis, uniaxial magnetization process involves rotation of the domain magnetization into the field direction. This results in a linear m-h characteristic. An easy-axis magnetization process results in a square m-h loop. It is chracterized in the free-domain-wall limit, Hc=0 and in the single-domain or pinned wall limit by rotational hysterisis, Hc=2Ku/Ms. 磁感应 HALL效应GHALL效应 GMR效应 磁弹性效应 GMI效应 巨磁致伸缩 Micro-Inductor HALL效应 霍耳效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍耳电场 。由此形成的电压称为霍尔电压。 GIANT HALL effect 在普通金属中，由于载流子浓度较高，导致了霍尔系数比较低。磁性金属及其合金中的霍尔电阻率远比普通金属中的大，主要原因是由于铁磁性金属中异常霍尔效应的存在所致，其大小与材料的磁化强度成比例。在对磁性金属?绝缘体颗粒膜的研究中发现，当磁性颗粒在渗渝阈值(Percolation Threshold)附近时，其异常霍尔电阻率比纯磁性金属的大几个数量级，称该现象为巨霍尔效应(Giant Hall Effect, GHE)。与半导体材料相比，在渗渝阈值附近的磁性金属?绝缘体颗粒膜具有更好的热稳定性和抗腐蚀性，可能成为制作高灵敏霍尔器件的理想材料 巨磁电阻（GMR） GMI Magnetoelastic sensors 磁通门 利用激励线圈（或者是电流流过磁芯）产生的交流磁场来激励软磁芯，使得磁芯处于未饱和-饱和的循环状态，相应地磁芯材料磁导率也发生变化：在未饱和状态具有较大磁导率，饱和状态时磁导率为0，导致外磁场经过磁芯流过感应线圈的磁通量发生通/断的变化，根据法拉第定律，这种变化将在感应线圈两端电压的脉冲变化中反映出来，其中的二次谐波电压幅值反映了外磁场的值，利用该原理制出的磁传感器成为磁通门传感器。 * (一) 电流磁矩 将一个面积为（A) 、通有电流（Is)的环型导体放入磁场中，该环型导体将会在磁场（H)的作用下发生偏转，即环型导体受到力矩的作用。力矩（M)的大小可由下式表示： M ? Is x A x H 定义Pm= Is x A为通过电流为Is、面积为A的环型导体的磁矩。 Is I 磁性的起源 原子磁矩 原子内的电子做循轨运动和自旋运动，所以必然产生磁矩。前者称为轨道磁矩，后者称为自旋磁矩。 电子的循轨磁矩 Pl = 电子的自旋磁矩 Ps = e：单位电荷；h:普朗克常数；m:电子质量；l:轨道量子数；s:自旋量子数。 原子核的磁矩比电子磁矩小三个数量级，一般情况下可忽略不计。 描述