磁學常量轉(zhuǎn)換

1、3.15磁學基礎C.A.Ross，材料科學與工程學系，麻省理工學院參考數(shù)據(jù)：Jiles，磁學與磁性材料導論磁性數(shù)值與單位H=磁場強度，A/m -表示能量梯度或偶極的力矩B=磁通量密度，T或Wb/m2 -每單位面積通過的磁力線數(shù)M=磁化強度，A/m -磁矩，材料對場的反應磁場強度由電流產(chǎn)生：電流i在半徑r產(chǎn)生切線場H = i/2 n r或由磁性材料而來。在自由空間中磁通量密度由 B = p oHp o= 4n *10-7 Henry/m磁場強度決定但在材料中B = p o (H + M)p r =相對磁導率=(p r - 1)=磁化率B = p o p rHM = H(p r - 1)M = X

2、 H磁化強度與磁通量密度表示材料對于磁場場度H的反應。磁通量密度的場線是連續(xù)的。注，相同的表示式以cgs單位表示：B (Oersted) = H (Gauss) + 4n M (emu/cc)在此 1 Oe = (1000/4n ) A/m = 79.6 A/m真空中：1 Oe (奧斯特)=1G (高斯)1 G = 10-4 T1 emu/cc = 1 kA/m不同種類的材料反磁：原子沒有凈磁矩，但磁場會產(chǎn)生與外加場相反的小磁矩，磁化率為負的(p r 1)。鐵磁有自發(fā)的磁化強度，及大的磁導率，其與樣品的經(jīng)歷有關，具有非線性的磁滯現(xiàn)象。磁性行為的源由電荷的移動使得電子的角動量產(chǎn)生磁化。磁化由1）

3、電子自旋，2）電子軌道運動而來。成對電子的貢獻會互相抵銷，所以強磁效應發(fā)生在材料具有未成對的電子。一個電子具有1 p B （波耳磁子）=9.27*10-24 Am2的動量Stern-Gerlach與Zeeman的實驗指出了原子有磁化的量子現(xiàn)象。我們預期在過渡金屬（未填滿3d軌域）及稀土元素（未填滿4f軌域）有大的磁性現(xiàn)象，因為它們有大的凈自 旋。例如：Fe3+有3d5:預期每個原子有5p B （忽略軌道的貢獻）Fe有3d8 :預期每個原子有2p B鐵磁物質(zhì)之鄰近原子因為交換耦合，會有自旋的自發(fā)排序。假若自旋有一角度0,交換能=A （1 - cos0 ）在此A式交換常數(shù)，如對鐵而言是1.4*10

4、-20 J負A表示反向平行排列：材料是反鐵磁性或陶鐵磁性。在居禮溫度之上，自旋是隨機排列，所以kTA（對鐵而言是770 C）排列整齊的自旋形成扇區(qū)，每個扇區(qū)通常都指向不同的方向，就樣品而言平均起來就沒有凈磁矩。但是， 扇區(qū)可由相對較小的磁場磁化而排列在同一方向（注：此時磁壁就不存在了），以產(chǎn)生較大的凈磁矩，所以 其磁導率非常高。M-H曲線的形狀是遲滯的，重要的磁滯回線參數(shù)包含：曲線內(nèi)的面積（外加磁場作一個循環(huán)的能量消耗）飽和磁化（在大磁場中的磁化）殘磁（磁場為零時仍存在磁化強度）頑磁（要將磁化強度去除所需的磁場強度）異向性與扇區(qū)磁能包含下列幾項：交換能（在所有的自旋互相平行時有最小值）靜磁能（

5、扇區(qū)指向不同的方向以使能量最小，所以沒有外場）則曼效應（因外加磁場引起的位能，E = M.H）磁晶能（若磁化方向在特定的晶體方向，如在鉆的c軸方向，所需能量較低）扇區(qū)結(jié)構(gòu)的形成以降低至最小能量。扇區(qū)大小一般約微米或更大的等級；磁壁寬約100nm磁晶異向能表示要將磁化拉離喜好（容易）的軸項所需的能量。例如：鉆Ku = 4.1 105 J/m3單軸，0001是容易的鐵 K1 = 4.8 104 J/m3立方,是容易的鎳 K1 = -4.5 103 J/m3立方,是容易的單軸：能量E = Ku sin2 =磁化方向M與異磁化軸間的角度立方：E = K1 （cos2? 1cos2? 2 + cos2?

6、 2cos2? 3 + cos2? 3cos2? 1） + 高階項 i =磁化方向 M 與 i 軸間 的角度磁壁寬度是由交換能（傾向?qū)挻疟冢┡c磁異向能（傾向窄磁壁）之間的平衡所決定壁寬（a =晶格參數(shù)）壁能對于夠小的粒子并不足以建構(gòu)起磁壁，因為儲存的凈磁能小于壁能，這些稱作”單一扇區(qū)”粒子。非常小的粒子是熱的不穩(wěn)定態(tài)，因為凈磁能KtotV . LTiT -l-lKJ I I . LJ-I ；_J :I m J I J磁學量名稱符號CGS單位SI單位換算比（SI制數(shù)值乘 以此數(shù)即得CGS 制數(shù)值）磁彳成強度m韋即b）108/ 471磁通麥克斯韋WK）韋(Wb)108磁矩Mm磁矩安/米2 (A/i103磁通密度或 磁感應強度B高斯（Gsl韋/米2或特 斯拉 （Wb/m2或T）104磁場強度H奧斯特（Oe）安/米(A/m)1/79. 6磁勢 磁通勢(pmVm奧厘米(Oe-c m)安匝（A）W10磁，七強度M高斯（Gd安/米(A/m)10-3相充r磁化簞X4兀相對導磁簞1退磁因子N(CGS) D(SI)4兀真空導磁簞p.01W107107/471磁阻Rm（奧厘米）,麥 克斯韋安匝/韋(A/W b)471-10-9磁晶各問異 性常數(shù)KIerg/cm2焦/米10磁能枳(BH)m扃奧焦/緇(JAn3)109/ 7. 96疇壁能密度Yerg/cm2焦2(J/m