物性讲义(磁学2).ppt

磁畴壁与磁畴结构 磁畴是磁性材料中磁化方向一致的小区域。 磁畴与磁畴之间的边界称为磁畴壁。 (BaFe12O19) 磁畴的形成与磁畴结构 主畴：大而长的磁畴组织，其自发磁化方向必定沿着晶体的易磁化方向。 副畴：小而短的磁畴组织，其自发磁化方向不一定是晶体的易磁化方向。 （塞漏畴） 一般情况下不会出现旋转结构，此结构只在磁晶各向异性系数K1,2?0，应力? ?0的材料中才有可能出现。 片形畴的变异 磁畴壁：180°磁畴壁与90°磁畴壁 磁畴壁是一个过渡区，有一定厚度。 磁畴的磁化方向在畴壁处不能突然转一个大角度，而是经过畴壁的一定厚度逐步转过去的，即过渡区中的原子磁矩是逐步改变方向的。 Bloch畴壁 （块体磁性体中） Neel畴壁 （薄膜磁性体中） 磁壁内磁矩始终与畴壁平面平行，即磁矩围绕平行难磁化轴而转动。 磁壁内磁矩始终与薄膜平面平行，即磁矩围绕垂直薄膜表面的轴而转动。 若原子磁矩在相邻两原子间突然转向，交换能的变化： 若在n个等距的原子面间逐步均匀地转向，则交换能： 当n足够大时， 则得： 此时相邻两原子自旋的交换能的变化： 在n+1个自旋磁矩的转向中，交换能的总变化： （1） （2） 比较（1）、（2），后者的交换能变化比前者低得多，因此 原子磁矩必然是逐渐转向！ 磁畴壁具有交换能、磁晶各向异性能及磁弹性能。 畴壁内部的能量总比畴内的能量高，壁的厚薄和面积的大小都使之具有一定的能量，称为畴壁能，常用畴壁单位面积的能量（即畴壁能密度）??来度量。 若只考虑降低壁的交换能Eex，则厚度N越大越好。但原子磁矩的逐渐转向，使原子磁矩偏离易磁化方向，因而使磁晶各向异性能EK增加，所以EK倾向于使畴壁变薄。 N0为平衡状态时的畴壁的厚度。 由于原子磁矩的逐渐转向，各个方向上的伸缩难易不同，产生磁弹性能。 （畴壁厚度） 磁畴的形状、尺寸、畴壁的类型与厚度总称为磁畴结构。 同一磁性材料，磁畴结构不同，则其磁化行为也不同。 磁畴起因 磁畴结构受到交换能Eex、各向异性能EK、磁弹性能E?、磁畴壁能?? 、退磁能Ed的制约。平衡状态时，应使其能量之和具有最小值。 交换能力图使整个晶体自发磁化至饱和，磁化方向沿着晶体易磁化方向，就使交换能和各向异性能都达到最小值。但必然在端面处产生磁极，形成退磁化场，增加了退磁场能，从而将破坏已形成的自发磁化，相互作用的结果使大磁畴分割为小磁畴，即减少退磁能是分畴的基本动力。分畴后退磁能虽减小，但增加了畴壁能，使得不能无限制分畴。当畴壁能与退磁能之和最小时，分畴停止。 局部的退磁场作用下，出现三角形畴（副畴，塞漏畴），与主磁畴路闭合，减少了退磁能，但增加各向异性能、磁弹性能等。 实际材料中的畴结构，受到材料的尺寸、晶界、第二相、应力、掺杂、缺陷等的显著影响，使畴结构复杂化。 夹杂、空洞对畴结构的影响 破坏了磁通连续性，势必出现磁极和退磁场。为减少退磁能，在夹杂处出现楔形畴或附加畴。 畴壁切割夹杂物或空洞时，一方面畴壁能降低，因为畴壁的一部分被夹杂物占据，有效面积减少了，另一方面，夹杂物处的退磁能进一步降低，所以夹杂物有吸引畴壁的作用。 在平衡态时，畴壁一般都贯穿夹杂物或空洞。 单畴体的临界尺寸 单晶体的球状粉末的半径RRC时，则分畴的情况下能量最低，以多畴体存在； RRC时，则不分畴的情况下能量最低，以单畴体存在。RC称为单畴体的临界尺寸。 单畴体的尺寸继续减小到一定程度后，由于表面与体积比大大增加，热运动可能使磁有序消失，则单磁体要转变为超顺磁体。由单畴体转变为超顺磁体的临界尺寸Dp，称为超顺磁体的临界尺寸。 铁磁体的块度对畴结构产生影响。当把铁磁体粉碎成细小的单晶颗粒时，它有可能不再分畴，以单畴体存在。