能量依据磁畴图形已学磁性测量.pdfVIP

6.2.1磁畴的存在是能量最小化的结果

磁畴究竟为什么存在？在整个固体内磁

矩肯定是完全整齐排列的吗？

既然Weiss表明铁磁体内的原子磁矩之

间存在一个使磁矩整齐排列的互作用场，

那么：为什么铁磁体没有自然地被磁化？

即：为什么磁畴本身不在整个固体体积中

整齐排列？

磁畴的存在是能量最小化的结果

显然，在假设存在磁畴的时候，Weiss就已

经在寻求从经验上解释为什么平均场没有导

致材料的自然磁化。这个问题留给了Landau

和Lifschitz，他们在1935年证明磁畴的存在

是能量最小化的结果。单畴样品具有很大的

静磁能，但磁化成一些局部区域(磁畴)使

磁通量在样品端点处闭合，从而降低了静磁

能。倘若静磁能的降低大于形成磁畴壁所需

能量，就会出现多畴样品。

6.2.2单畴样品的静磁能

单畴粒子的自能是多少？

磁化强度为的偶极子位于磁场中，

单位体积的能量为：

E=−H•dM

0

当它仅受其自身退磁场的作用时，可取

Hd=−NdM

E=−NMM•ddMM

0d

E0NM2

d

2

多畴样品能量的计算更为复杂，但是马

上就能注意到，如果M可以因磁畴的出

现而减小，则静磁自能也会减小。磁畴

的大小取决于另一个因素：畴壁能。

6.2.3磁畴图形和结构

当磁场减小时单畴样品中怎样出现磁畴？

通过粉纹图技术或其它方法直接观察

了许多磁畴图形。图给出一个最初处于饱

和状态的样品在退磁过程中出现磁畴的示意

图。最下面的图形显示了单晶铁端点处的封

闭畴给固体中的磁通量提供了返回通路，因

此在退磁过程中它们出现得相当早。它们是

由包括材料边界在内的成核长大而成的

。在高场下通常也是最后的。

6.2.4用磁畴理论分析磁化过程

当加上磁场并逐渐增强时各磁畴内会发生什么

变化？

•根据磁畴理论，既然铁磁体内的磁矩即使

在退磁状态下也是有序排序的，那么退磁状态

和磁化状态的差别就肯定来自于磁畴的构造。

•当给一个退磁的铁磁材料加上磁场时，在

BH平面上描绘磁感应B的变化就给出了起始磁

化曲线。低场下产生第一种磁畴变化过程，即

根据磁场能的最小化要求，顺着磁场方向取向

的磁畴长大，随后是取向与磁场相反的磁畴尺

寸缩小。

用磁畴理论分析磁化过程

•在中等H下第方向二种机制变得显著--磁畴

转动，此时逆向磁畴中的原子磁矩克服了

各向异性能，突然从其原磁化方向转到最接

近磁场方向的某一个“易磁化”晶轴上。

•发生在高场下的最后一个磁畴变化的过程

是一致转动。在此过程中，所有沿接近磁

场方向的易磁化晶轴取向的磁矩在磁场强

度增加的时候会逐渐转到磁场方向上。这

样就产生了单畴样品。

6.2.5技术饱和磁化

为什么磁畴内磁化强度的大小不等于饱和磁

化强度？

当所有磁畴的自发磁化强度矢量都平行磁场

方向时，材料由单个磁畴构成，称达到了技术

磁化饱和状态。然而，如果磁场进一步增加，

磁化强度会非常缓慢地继续增加。这是由于磁

畴内自发磁化强度的增加引起的，其起因是单

个磁畴内由于热激发的影响而没有完全平行于

磁场的磁矩此时完全平行排列了。

自发磁场强度是随温度变化的。在0K它等于饱和磁化

强度，但在减小到零。温度高于0K时，每个磁

矩都有热能量，使它们绕磁场方向进动，如图所

示。T升高时进动幅度增大。正是进动使得自发磁化强

度小于饱和磁化强度。最后，当磁畴内所有磁矩在非

常强的磁场下完全平行排列起来时，磁化强度就达到

M。

0

6.2.6磁畴转动与各向异性

各向异性如何影响磁畴改变其磁化强度方向

的能力？

虽然磁畴生长过程不怎么受各向异性