4 5 各種磁介質磁介質的分類

1、各種磁介質p2864-28、37、38n 磁介質分類n 弱磁性：順磁質、抗磁質n 強磁性：鐵磁質n 一般有兩類分子無外場 m分子=0 m分子=0有外場 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 順磁質的磁化n 分子在外磁場作用下趨向于外磁場排列n 熱運動與磁場作用相抵抗北京大學物理學院王稼軍編2005.4抗磁質順磁質抗磁質n 抗磁質分子的固有磁矩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。磁性來源？n 抗磁質磁性起源于電子軌道運動在外磁場下的變化n 電子軌道運動為什么會變化？原因：在外磁場下受洛倫茲力北

2、京大學物理學院王稼軍編2005.4分子磁矩的由來n 在原子或分子內，一般不止有一個電子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 ，順磁北京大學物理學院王稼軍編2005.4與角動量方向相反m= - eSSmm= -eLl2meL外磁場對電子軌道運動的影響p240n 外磁場作用在一個抗磁原子上，考慮電子的軌道運動(設電子角速度平行于外磁場)n 求無外磁場時的角速度 w0(電子只受庫侖力）

3、加外磁場B0，電子受庫侖力、洛倫茲力（指向中心），假設軌道的半徑不變（相當于定態(tài)假設），設洛倫茲力遠小于庫侖力w = w0 + Dw, Dw w0北京大學物理學院王稼軍編2005.4w 2 w 2 + 2wDw002w= (Ze) 12 04pemr30Ze2+24pe r 2ewrB0= mwr0Ze2=w 24pe r 2m0 r0 mw0ewrB0，B0dt內， PP ，鐵心中磁通改變量為dY電源抵抗感應電動勢做功H = nI, n = N0lHda = dA = HdBdA = IdY =NSdB = SlHdB = VHdB0NlV北京大學物理學院王稼軍編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dA = -I edt = IdY dt = IdY00dt0Y = NSB鐵 磁 質 磁化機制n 自發(fā)磁化區(qū)n 近代科學實驗證明，鐵磁質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中電子自旋磁矩可以在小范圍內“自發(fā)地”排列起來，形成一個個小的“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），使電子的原子磁矩平行排列起來而達到自發(fā)磁化的飽和狀態(tài)n 單晶和多晶磁疇結構的示意北京大學物理學院王稼軍編2005.4磁化過程示意n a：未磁化時狀態(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：磁疇磁矩的轉動BC段n e：趨于飽和的階段CS段在外磁場撤消后，鐵磁質內摻雜和內應力或因為介質存在缺陷阻礙磁疇恢復到原來的狀態(tài)北京大學物理學院王稼軍編2005.4等于每個磁疇中原有的磁化強度磁疇影響鐵磁質磁性的因素溫度對磁性有影響居里點高過居里點鐵磁性就消失，變?yōu)轫槾刨|。如純鐵的居里點為1043K，鏑的居里點為89K； 強烈震動會瓦解磁疇尺寸影響磁疇結構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北京大學物理學院王稼軍編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構，其中a、b為Ba

6、鐵氧體單晶基面上的磁疇結構，L為晶體厚度；c 為鈷的兩個晶粒上的磁疇結構宏觀鐵磁體的尺寸減小到介觀尺度n 此時磁性材料不再是具有疇壁的多磁疇結構，而是沒有疇壁的單疇結構，單疇的臨界尺度大約在納米級范圍，例如鐵（Fe）的球形顆粒產生單疇的臨界直徑為28nm，鈷(Co)為240nm。n 由于熱擾動的影響，使這些磁有序物質系統(tǒng)表現(xiàn)出特別的磁性質，如類似順磁性的超順磁性n 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。n 磁性液體：用表面活性劑處理過的超細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物理學院王稼軍編2005.4磁性材料的分類及其應用按矯頑力大小分類

7、軟磁材料n HC小，磁滯回線瘦，磁滯損耗?。籲 有的BR小，通電后立即磁化獲得強磁場，斷電立即退磁， 適合用于強電n 有的 起始磁導率大，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 撤外場后，仍能保持強磁性。北京大學物理學院王稼軍編2005.4磁性材料在信息技術中的應用隨著信息時代的到來，多種磁性材料在信息高新技術中獲得廣泛而重要的應用磁記錄：主要有存儲裝置和寫入、讀出設備。存儲裝置是用永磁材料制成的設備，包括磁頭和磁記錄介質磁頭：寫入過程中：磁頭將電信號磁場讀出過程中：將磁記錄介質的磁場轉變?yōu)殡娦盘柎庞涗浗橘|：內存、外存、磁盤和磁帶等北京大學物理學院王稼軍編2005.4磁性功能材料壓磁材料也叫磁致伸縮材料n 鐵磁質磁疇中磁化方向改變會導致介質中晶格間距的改變磁電阻材料n 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，相應的材料為磁電阻材料(MR)DR / R 2% - 6%n 磁電阻材料(MR)：DR / R達到- 50%n 巨磁電阻效應（簡稱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、隨機存儲器和微型傳感器中獲得重要應用液體磁性n 既具有固體的