各種磁介質(zhì)磁介質(zhì)的分類

各種磁介質(zhì)磁介質(zhì)的分類第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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+ms＝0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)。磁性來源？抗磁質(zhì)磁性起源于電子軌道運(yùn)動在外磁場下的變化電子軌道運(yùn)動為什么會變化？原因：在外磁場下受洛倫茲力

第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編分子磁矩的由來

在原子或分子內(nèi)，一般不止有一個電子

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+ms＝0

電子軌道磁矩與角動量方向相反電子自旋磁矩若所有電子的總角動量（含軌道和自旋）為零，抗磁所有電子的總角動量（含軌道和自旋）不為零，順磁

第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編外磁場對電子軌道運(yùn)動的影響

p240外磁場作用在一個抗磁原子上，考慮電子的軌道運(yùn)動(設(shè)電子角速度平行于外磁場)求無外磁場時的角速度0(電子只受庫侖力）加外磁場B0，電子受庫侖力、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)小于庫侖力第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編洛倫茲力遠(yuǎn)小于庫侖力，高階無窮小，略考慮電子角速度反平行于外磁場，有同樣結(jié)論，的方向總是與外磁場B0相同

電子角速度改變將引起電子磁矩改變

總是與外磁場方向相反第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編當(dāng)介質(zhì)處于磁場中時，每個電子磁矩都受到磁力矩的作用

第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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

M～H、B～H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。實驗表明，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)系通常通過實驗測定

第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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：B－H圖中磁滯回線所包圍的“面積”代表在一個反復(fù)磁化的循環(huán)過程中單位體積的鐵芯內(nèi)損耗的能量

磁滯回線越胖，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)電動勢做功第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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時刻介質(zhì)處于某一磁化狀態(tài)P，此處H>0，B>0dt內(nèi)，P——P’，鐵心中磁通改變量為d電源抵抗感應(yīng)電動勢做功周長第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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)實驗證明，鐵磁質(zhì)的磁性主要來源于電子自旋磁矩。在沒有外磁場的條件下鐵磁質(zhì)中電子自旋磁矩可以在小范圍內(nèi)“自發(fā)地”排列起來，形成一個個小的“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，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編磁化過程示意

a：未磁化時狀態(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——BC段e：趨于飽和的階段——CS段等于每個磁疇中原有的磁化強(qiáng)度

在外磁場撤消后，鐵磁質(zhì)內(nèi)摻雜和內(nèi)應(yīng)力或因為介質(zhì)存在缺陷阻礙磁疇恢復(fù)到原來的狀態(tài)

第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編磁疇

影響鐵磁質(zhì)磁性的因素

溫度對磁性有影響——居里點(diǎn)高過居里點(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)烈震動會瓦解磁疇

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0.1——100nma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為鈷的兩個晶粒上的磁疇結(jié)構(gòu)第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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

此時磁性材料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，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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?。挥械腂R小，通電后立即磁化獲得強(qiáng)磁場，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：104～106A/m；磁滯回線胖，磁滯損耗大；撤外場后，仍能保持強(qiáng)磁性。第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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)用隨著信息時代的到來，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：主要有存儲裝置和寫入、讀出設(shè)備。存儲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：寫入過程中：磁頭將電信號——磁場讀出過程中：將磁記錄介質(zhì)的磁場——轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柎庞涗浗橘|(zhì)：內(nèi)存、外存、磁盤和磁帶等第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一2005.4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導(dǎo)致介質(zhì)中晶格間距的改變

磁電阻材料磁場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，又具有液體的流動性

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