各種磁介質(zhì)磁介質(zhì)的分類

1、各種磁介質(zhì)磁介質(zhì)的分類第1頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編抗磁質(zhì) 抗磁質(zhì)分子的固有磁矩m分子= ml+ ms0不存在由非零的分子固有磁矩規(guī)則取向引起的順磁效應(yīng)。磁性來(lái)源？ 抗磁質(zhì)磁性起源于電子軌道運(yùn)動(dòng)在外磁場(chǎng)下的變化 電子軌道運(yùn)動(dòng)為什么會(huì)變化？原因：在外磁場(chǎng)下受洛倫茲力 第2頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編分子磁矩的由來(lái) 在原子或分子內(nèi)，一般不止有一個(gè)電子 分子磁矩：所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和m分子= ml+ ms0 電子軌道磁矩與角動(dòng)量方向相反電子自旋磁矩若所有電

2、子的總角動(dòng)量（含軌道和自旋）為零，抗磁所有電子的總角動(dòng)量（含軌道和自旋）不為零 ，順磁 第3頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編外磁場(chǎng)對(duì)電子軌道運(yùn)動(dòng)的影響 p240外磁場(chǎng)作用在一個(gè)抗磁原子上，考慮電子的軌道運(yùn)動(dòng)(設(shè)電子角速度平行于外磁場(chǎng))求無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)的角速度 0(電子只受庫(kù)侖力）加外磁場(chǎng)B0，電子受庫(kù)侖力、洛倫茲力（指向中心），假設(shè)軌道的半徑不變（相當(dāng)于定態(tài)假設(shè)），設(shè)洛倫茲力遠(yuǎn)小于庫(kù)侖力第4頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編洛倫茲力遠(yuǎn)小于庫(kù)侖力，高階無(wú)窮小，略考慮電子角速度反平行于

3、外磁場(chǎng)，有同樣結(jié)論，的方向總是與外磁場(chǎng)B0相同 電子角速度改變將引起電子磁矩改變 總是與外磁場(chǎng)方向相反第5頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編當(dāng)介質(zhì)處于磁場(chǎng)中時(shí)，每個(gè)電子磁矩都受到磁力矩的作用 第6頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編鐵磁質(zhì) 起始磁化曲線：Ms、Bs分別為飽和磁化強(qiáng)度和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 MH、BH之間的關(guān)系是非線性和非單值的 特點(diǎn) 其中M的值相當(dāng)大； M與H不成正比關(guān)系，甚至也不是單值關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明，M和H間的函數(shù)關(guān)系比較復(fù)雜，且與磁化的歷史有關(guān)。鐵磁質(zhì)的M與H、B的關(guān)

4、系通常通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定 第7頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編磁滯回線 MR：剩余磁化強(qiáng)度BR: 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度HC：矯頑力。在上述變化過(guò)程中，M和B的變化總是落后于H的變化，這一現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象;上述曲線叫磁滯回線。P244第8頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編磁滯損耗 當(dāng)鐵磁質(zhì)在交變磁場(chǎng)作用下，反復(fù)磁化是由于磁滯效應(yīng)，磁體要發(fā)熱而散失熱量，這種能量損失稱為磁滯損耗。 可以證明：BH圖中磁滯回線所包圍的“面積”代表在一個(gè)反復(fù)磁化的循環(huán)過(guò)程中單位體積的鐵芯內(nèi)損耗的能量 磁滯回線越胖，

5、曲線下面積越大，損耗越大；磁滯回線越瘦，曲線下面積越小，損耗越小 證明 p245，算電源要抵抗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)做功 第9頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編證明以有閉合鐵芯的螺繞環(huán)為例 設(shè)t時(shí)刻介質(zhì)處于某一磁化狀態(tài)P，此處H0，B0dt內(nèi)， PP ，鐵心中磁通改變量為d電源抵抗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)做功周長(zhǎng)第10頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編鐵磁質(zhì)磁化機(jī)制 自發(fā)磁化區(qū) 近代科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，鐵磁質(zhì)的磁性主要來(lái)源于電子自旋磁矩。在沒有外磁場(chǎng)的條件下鐵磁質(zhì)中電子自旋磁矩可以在小范圍內(nèi)“自發(fā)地”排列起來(lái)，

6、形成一個(gè)個(gè)小的“自發(fā)磁化區(qū)”磁疇 自發(fā)磁化的原因是由于相鄰原子中電子之間存在著一種交換作用（一種量子效應(yīng)），使電子的原子磁矩平行排列起來(lái)而達(dá)到自發(fā)磁化的飽和狀態(tài) 單晶和多晶磁疇結(jié)構(gòu)的示意 第11頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編磁化過(guò)程示意 a：未磁化時(shí)狀態(tài)b：疇壁的可逆位移階段OA段c：不可逆的磁化AB段d：磁疇磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)BC段e：趨于飽和的階段CS段等于每個(gè)磁疇中原有的磁化強(qiáng)度 在外磁場(chǎng)撤消后，鐵磁質(zhì)內(nèi)摻雜和內(nèi)應(yīng)力或因?yàn)榻橘|(zhì)存在缺陷阻礙磁疇恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài) 第12頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北

7、京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編磁疇 影響鐵磁質(zhì)磁性的因素 溫度對(duì)磁性有影響居里點(diǎn)高過(guò)居里點(diǎn)鐵磁性就消失，變?yōu)轫槾刨|(zhì)。如純鐵的居里點(diǎn)為1043K，鏑的居里點(diǎn)為89K；強(qiáng)烈震動(dòng)會(huì)瓦解磁疇 尺寸影響磁疇結(jié)構(gòu)性介觀尺度下有新現(xiàn)象介觀尺度：即介于宏觀尺度與微觀尺度之間，一般為0.1100nma 片形疇（L=8微米）； b 蜂窩疇（L=75微米）； c 楔形疇圖 幾種鐵磁材料的磁疇結(jié)構(gòu)，其中a、b為Ba鐵氧體單晶基面上的磁疇結(jié)構(gòu)，L為晶體厚度；c 為鈷的兩個(gè)晶粒上的磁疇結(jié)構(gòu)第13頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編宏觀鐵磁體的尺寸減小到介觀尺度 此時(shí)磁性材料

8、不再是具有疇壁的多磁疇結(jié)構(gòu)，而是沒有疇壁的單疇結(jié)構(gòu)，單疇的臨界尺度大約在納米級(jí)范圍，例如鐵（Fe）的球形顆粒產(chǎn)生單疇的臨界直徑為28nm，鈷(Co)為240nm。由于熱擾動(dòng)的影響，使這些磁有序物質(zhì)系統(tǒng)表現(xiàn)出特別的磁性質(zhì)，如類似順磁性的超順磁性 與同類常規(guī)塊狀磁體相比，納米量級(jí)材料的居里溫度低，矯頑力高。磁性液體：用表面活性劑處理過(guò)的超細(xì)磁性微粒高度分散在載液中形成一種磁性膠體溶液，呈現(xiàn)出超順磁性 第14頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編磁性材料的分類及其應(yīng)用 按矯頑力大小分類軟磁材料 HC小，磁滯回線瘦，磁滯損耗??；有的BR小，通電后立

9、即磁化獲得強(qiáng)磁場(chǎng)，斷電立即退磁，適合用于強(qiáng)電有的 起始磁導(dǎo)率大，適合用于弱電硬磁材料 BR大，HC大，HC：104106A/m；磁滯回線胖，磁滯損耗大；撤外場(chǎng)后，仍能保持強(qiáng)磁性。第15頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編磁性材料在信息技術(shù)中的應(yīng)用隨著信息時(shí)代的到來(lái)，多種磁性材料在信息高新技術(shù)中獲得廣泛而重要的應(yīng)用 磁記錄：主要有存儲(chǔ)裝置和寫入、讀出設(shè)備。存儲(chǔ)裝置是用永磁材料制成的設(shè)備，包括磁頭和磁記錄介質(zhì) 磁頭：寫入過(guò)程中：磁頭將電信號(hào)磁場(chǎng)讀出過(guò)程中：將磁記錄介質(zhì)的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)磁記錄介質(zhì)：內(nèi)存、外存、磁盤和磁帶等第16頁(yè)，共18頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)27分，星期二2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編磁性功能材料壓磁材料也叫磁致伸縮材料 鐵磁質(zhì)磁疇中磁化方向改變會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)中晶格間距的改變 磁電阻材料磁場(chǎng)可以使許多金屬的電阻發(fā)生改變，這種現(xiàn)象稱為磁電阻效應(yīng)，相應(yīng)的材料為磁電阻材料(MR) 磁電阻材料(MR)： 巨磁電阻效應(yīng)（簡(jiǎn)稱GMR） 超巨磁電阻材料 在小型化的 微型化高密度磁記錄讀出磁頭、隨機(jī)存儲(chǔ)器和微型傳感器中獲得重要應(yīng)用 液體磁性既具有固體的強(qiáng)磁性，又具有液體的流動(dòng)性 第17頁(yè)，共1