第3章技术磁化2

第3章 磁有序的量子理论3.1 引言铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性、非共线磁结构都属于磁有序状态，即在磁畴大小的范围内原子或离子磁矩是有序排列的。

为解释铁磁体内的磁有序排列，先后出现外斯分子场假说、海森堡交换作用，不同物质产生交换作用机理不同，磁性氧化物中的交换作用是通过氧离子产生的间接交换作用。

稀土金属及其合金中的交换作用是以传导电子作媒介产生的RKKY 交换作用。

各种交换作用的理论模型都是一次性物质中的原子(或离子)具有固定的磁矩为基本前提的，这种认为对磁性有贡献的电子(磁电子)被定域于原子范围内形成一个固有磁矩的模型被称为定义域模型或海森堡模型。

3.2 海森堡交换作用模型3.2.1.氢分子中的交换作用 1.交换作用的概念图3-1表示一氢分子的电子系统，R 为两原子核间距。

忽略电子自旋与自旋之间以及自旋与轨道之间的磁相互作用，系统的哈密顿量为()122212222212222122ˆb a b a r e r e r e Re r e r e m H --++--∇+∇-=η (3.2.1)其中 ，()1221221ˆa ar e m H -∇-=η (3.2.2) ()2221222ˆb b r e m H -∇-=η (3.2.3)为两个孤立氢原子的哈密顿量，其余项()122212222,1b a r e r e r e R e W --+= (3.2.4)为两原子之间的相互作用项。

薛定谔方程：()()()ˆˆ121,2a b H H W E ⎡⎤++ψ=ψ⎣⎦ 只能求近似解。

取相互作用不存在时(即()02,1=W )两个氢分子的波函数为近似波函数，()()ˆˆ12a b H H E ⎡⎤+ψ=ψ⎣⎦，基态波函数为()()()21210,b b a a r r r r ψψ⋅=Φ，其中，()(),110131a r a a a a ear -==πψψ()()0230212a r b b a b ear -==πψψ，a 0为氢原子的第一轨道半径。

什么是技术磁化有哪些特点技术磁化阐述的是关于铁磁质在整个磁化过程中磁化行为的机理，那么你对技术磁化了解多少呢?以下是由店铺整理关于什么是技术磁化的内容，希望大家喜欢!什么是技术磁化技术磁化(technical magnetization)阐述的是关于铁磁质在整个磁化过程中磁化行为的机理，即阐明了在外磁场作用下，磁畴是通过何种机制逐渐趋向外磁场方向的。

技术磁化的过程可分为三个阶段：起始磁化阶段\急剧磁化阶段以及缓慢磁化并趋于磁饱和阶段。

磁畴的改变包括磁畴壁的移动(改变磁畴的大小)和磁畴内磁矩的转动(改变磁矩的方向)。

前者称为(磁畴) 壁移过程，后者称为(磁)畴转(动)过程。

这种由外磁场引起的磁畴大小和分布的改变(统称磁畴结构变化)，在宏观上表现为强磁(铁磁和亚铁磁)物质的磁化强度M (或磁通密度B)随外加磁场的变化，称为技术磁化过程。

其中B二内(H+M)，脚为真空磁导率，又称磁常数。

M一H和B一H曲线称为技术磁化曲线技术磁化的特点铁磁物质和其他具有磁畴结构的磁有序物质(统称强磁性物质)在技术磁化过程中表现出以下5个主要特点。

①强磁性物质在未受外磁场H作用时处于未磁化状态，又称退磁状态(图中O点)。

这时的宏观磁化强度M为零。

在受到外磁场作用后，M随H的增加而沿曲线OAB变化。

OAB曲线称起始磁化曲线，通常称磁化曲线。

如果从B点减小磁场到零后又在相反方向增加磁场，则磁化强度沿BCDE变化;再减小磁场到零后又在正方向增加磁场，则磁化强度沿EFGB变化。

整个曲线BCDEFGB称为磁滞回线。

非线性的磁化曲线和磁滞回线是技术磁化的两个主要特征。

②磁化曲线表现的非线性是由于受外磁场磁化时，壁移过程和畴转过程除可逆过程外，还具有不可逆过程。

一般的强磁性物质从退磁状态受外磁场磁化时，其磁化过程可分为5个阶段:当外磁场很低时，主要为畴壁的可逆移动过程(图中①)，磁化曲线基本上为直线; 再增加外磁场时，磁化曲线呈非线性陡然增大(图中②)，相当于不可逆壁移过程起主要作用，这是由于畴壁能势垒产生的;若再增加外磁场，磁化曲线虽仍表现弱的非线性，但增势减小(图中③)，这是由于不可逆壁移过程减少，而可逆畴转过程起主要作用;外磁场进一步增加，磁化曲线通过拐点(图中④)，这时不可逆畴转过程起主要作用，然后磁化达到饱和状态，这时壁移和畴转过程都相继结束，整个强磁性物质变为合磁矩转到外磁场方向的单磁畴;如果再增大外磁场，这时便只能是原子磁矩克服热扰动作用而趋向外磁场，类似顺磁物质的磁化过程，故称为顺磁过程(图中⑤)。

壁的面积最小，从而自由能最小。当施加很小
的磁场H时，畴壁受磁场的压力，离开杂质中心x,
S(x)
N
2
a2
[(
d 2
)2
x
2
]
F
wN2
a2
[( d
2
)2
x2
]
2xN 2a20M s H
F x
w N 2 2x 2N 2a20M s H
0
x 0a2M s H w
1
i
1 N 3a3
N 2xN 2a2M s H
当沿着磁滞回线磁化一个周期时，外部对单位体积磁体所做的功是磁化能
W JdH BdH
它全部变成热能。当Hm 不足以使样品磁化到饱和时，磁滞回线的和面积随的 减小而减小。
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Hm Lm H g Lg NI 0
Hm Lm H g Lg
BmSm Bg Sg
Hm Lm BmSm H g Lg Bg Sg
Ms HK
1
4
2 0
0
sin 2 H
sinH dH dH
0
M
2 s
3K
2M s 3H K
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趋近饱和定律
接近饱和的多晶体的磁化是可逆转动过程。磁化曲线的经验关系是
M
M s (1
a H
b H2
c H3
)
pH
a、b、c是常数， p 顺磁磁化率。 a / H 来自参杂、内应力等微结构因素，
s 100 111 0
内应力沿[001]轴 。
(x)
0
2
sin( 2
l
x)
0
w (x) c AK c

降低退磁能
减小畴壁能
减小磁弹性能
单晶体的磁畴结构示意图
不均匀物质中的磁畴
多晶体中的每一个晶粒 都可能包含许多磁畴，
整个材料内部磁通保持
连续，形成闭合回路。 就整体上来说，材料对 外显示各向同性。
多晶体中的磁畴示意图
磁单畴颗粒
若晶粒尺寸逐渐减小，体系的自由能中畴壁能 的比重增长，以至当其与因分畴而减小的退磁 场能相比拟或超过它时，整个晶粒不分畴在能 量上将更有利，这就是单畴颗粒。单畴颗粒的 临界尺寸由晶粒自由能的极小值确定。通过计 算得到的铁、钴、镍单畴颗粒的临界尺寸的数 量级为10－2埃。
式中：Msn为各组成相的饱和磁化强度; Pn为各相的体积百分数。
小结
磁畴结构 技术磁化过程 影响铁磁性的因素
H
Hd H
H d N M
其中N 为退磁因子，只与磁体几何形状和尺寸有关。
退磁场能
铁磁体在自身退磁场中的能量； 静磁能 = 铁磁体与外磁场的相互作用能 + 退磁能
E d
M
0
1 2 0 H d dM 0 NM 2
对于非球形样品，沿不同方向磁化时退磁场能大小不同， 这种由形状造成的退磁场能随磁化方向的变化，通常也称 为形状各向异性能。 退磁场能的存在是自发磁化后的强磁体出现磁畴的主要原因。
磁致伸缩系数
饱和磁致伸缩系数s ：随着外磁场强度的增强，铁磁体 的磁化强度增强，这时∣ ∣也随之增大，当磁化强度达 到饱和值Ms 时， = s，称为饱和磁致伸缩系数。 对于一定的材料， s 是一个常数。 实验表明，对 s > 0的材料进行磁化时，若沿磁场方向 加以拉应力，则有利于磁化，而加压应力则阻碍其磁化； 对 s< 0的材料，则情况相反。