4 5 各種磁介質(zhì)磁介質(zhì)的分類(lèi)

1、各種磁介質(zhì)p2864-28、37、38n 磁介質(zhì)分類(lèi)n 弱磁性：順磁質(zhì)、抗磁質(zhì)n 強(qiáng)磁性：鐵磁質(zhì)n 一般有兩類(lèi)分子無(wú)外場(chǎng) m分子=0 m分子=0有外場(chǎng) m分子0 m分子0n 分子磁矩 m分子= ml+ ms0n 分子磁矩 m分子= ml+ ms 0n 順磁質(zhì)的磁化n 分子在外磁場(chǎng)作用下趨向于外磁場(chǎng)排列n 熱運(yùn)動(dòng)與磁場(chǎng)作用相抵抗北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4抗磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)n 抗磁質(zhì)分子的固有磁矩m分子= ml+ ms0n 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？n 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n 電子軌道運(yùn)動(dòng)為什么會(huì)變化？原因：在外磁場(chǎng)下受洛倫茲力北

2、京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4分子磁矩的由來(lái)n 在原子或分子內(nèi)，一般不止有一個(gè)電子n 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+ ms0ew e ev n 電子軌道磁矩i = -T= -= -2pr2p ml= iSn電子自旋磁矩若所有電子的總角動(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 ，順磁北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4與角動(dòng)量方向相反m= - eSSmm= -eLl2meL外磁場(chǎng)對(duì)電子軌道運(yùn)動(dòng)的影響p240n 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))n 求無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)的角速度 w0(電子只受庫(kù)侖力）

3、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w = w0 + Dw, Dw w0北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4w 2 w 2 + 2wDw002w= (Ze) 12 04pemr30Ze2+24pe r 2ewrB0= mwr0Ze2=w 24pe r 2m0 r0 mw0ewrB0，B0dt內(nèi)， PP ，鐵心中磁通改變量為dY電源抵抗感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)做功H = nI, n = N0lHda = dA = HdBdA = IdY =NSdB = SlHdB = VHdB0NlV北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4a = da =

4、 HdB = 磁滯回線所包圍的“面積”磁滯回線磁滯回線周長(zhǎng)dA = -I edt = IdY dt = IdY00dt0Y = NSB鐵 磁 質(zhì) 磁化機(jī)制n 自發(fā)磁化區(qū)n 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(méi)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)，形成一個(gè)個(gè)小的“自發(fā)磁化區(qū)”磁疇n 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)n 單晶和多晶磁疇結(jié)構(gòu)的示意北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4磁化過(guò)程示意n a：未磁化時(shí)狀態(tài)n b：疇壁的可逆位移階段OA段n c：不

5、可逆的磁化AB段n d：磁疇磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)BC段n e：趨于飽和的階段CS段在外磁場(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)北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4等于每個(gè)磁疇中原有的磁化強(qiáng)度磁疇影響鐵磁質(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0.1 100nm北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4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

6、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)宏觀鐵磁體的尺寸減小到介觀尺度n 此時(shí)磁性材料不再是具有疇壁的多磁疇結(jié)構(gòu)，而是沒(méi)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。n 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(lèi)似順磁性的超順磁性n 與同類(lèi)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。n 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)出超順磁性北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4磁性材料的分類(lèi)及其應(yīng)用按矯頑力大小分類(lèi)

7、軟磁材料n HC小，磁滯回線瘦，磁滯損耗小；n 有的BR小，通電后立即磁化獲得強(qiáng)磁場(chǎng)，斷電立即退磁， 適合用于強(qiáng)電n 有的 起始磁導(dǎo)率大，適合用于弱電硬磁材料n BR大，HC大，n HC：104106A/m；n 磁滯回線胖，磁滯損耗大；n 撤外場(chǎng)后，仍能保持強(qiáng)磁性。北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4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(xiě)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(xiě)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(pán)和磁帶等北京大學(xué)物理學(xué)院王稼軍編2005.4磁性功能材料壓磁材料也叫磁致伸縮材料n 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n 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)DR / R 2% - 6%n 磁電阻材料(MR)：DR / R達(dá)到- 50%n 巨磁電阻效應(yīng)（簡(jiǎn)稱GMR）n 超巨磁電阻材料DR / R 103 106n 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n 既具有固體的