磁性材料与器件-第二章-物质的磁性分解.ppt

具有亚铁磁性的物质绝大部分是金属的氧化物，是非金属磁性材料，一般称为铁氧体(又称磁性瓷及铁淦氧)。 按其导电性而论属于半导体，但常作为磁介质而被利用。它不易导电，其高电阻率的特点使它可以应用于高频磁化过程。 2.6.2 亚铁磁材料的结构 具有亚铁磁性的物质绝大部分是金属的氧化物，是非金属磁性材料，一般称为铁氧体(又称磁性瓷及铁淦氧)。 微波 铁氧体 尖晶石 柘榴石 磁铅石 2.6.3 常见的铁氧体 2.6.3 常见的铁氧体 分子通式为MFe2O4。 金属阳离子有两种晶位，M2+占据a位，Fe3+占据b位。 每个晶胞有3/4间隙为空位。 (a) (b) 尖晶石型--面心立方晶系 2.6.3 常见的铁氧体 (a) (b) 尖晶石铁氧体的晶格结构呈立方对称 一个单位晶胞含有8个分子式。一个单胞共有56个离子，其中M 2+离子8个，Fe 2+离子16个，O2-离子32个。氧离子作密堆积，金属离子填充在氧离子密堆积的间隙内。 尖晶石铁氧体的分子磁矩，为a、b两次晶格中离子的自旋反平行耦合的净磁矩。由于B次晶格的离子数目两倍于A次晶格的数目，则净磁矩M有 ?M?= ?MB+MA? = MB－MA a MB为B次晶格磁性离子具有的磁矩，MA为A次晶格磁性离子具有的磁矩。 对于只有两个次晶格的简单情况， M的方向为MB的方向。 2.6.3 常见的铁氧体 2.6.3 常见的铁氧体 分子通式为 5Fe2O3·3M2O3 M金属离子为钇（Y）或其他稀土金属离子。 Y3Fe5O12 （YIG） 柘榴石型—体心立方晶系 2.6.3 常见的铁氧体 金属阳离子有三种晶位。 所有空隙都被填满 柘榴石较尖晶石致密，磁损耗小，电阻率高。 {c} (d) [a] 2.6.3 常见的铁氧体 2.6.3 常见的铁氧体 具有与天然磁铅石相似的结构。 分子通式为 Me2+B3+12O19 或 Me2+O·6B3+2O3 Me2+是二价阳离子，常见的有Ba、Sr、或Pb；B3+是三价阳离子，常见的有Al、Ga、Cr或Fe。 M型钡铁氧体BaFe12O19 (BaM) 磁铅石型—六角晶系 2.6.3 常见的铁氧体 除了M型结构以外，磁铅石铁氧体还有其它六方结构，通常称为W、Y、Z、X和U型等化合物。 BaO-MeO-Fe2O3三元体系的化学组成图 M:BaFe12O19 B:BaFe2O4 S:MeFe2O4 钡铁氧体化合物的结构形式和相关参数 2.6.3 常见的铁氧体 * 2.4.3 铁磁性的理论 铁磁物质内部存在很强的“分子场”，在“分子场”的作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发磁化至饱和；铁磁体自发磁化分成若干个小区域(这种自发磁化至饱和的小区域称为磁畴)，由于各个区域(磁畴)的磁化方向各不相同，其磁性彼此相互抵消，所以大块铁磁体对外不显示磁性。 2.4.3 铁磁质的磁化 Bo 2.4.3 铁磁质的磁化 2.4.4 铁磁性的来源 铁磁性材料的磁性是自发产生的。 所谓磁化过程(又称感磁或充磁)只不过是把物质本身的磁性显示出来，而不是由外界向物质提供磁性的过程。 实验证明，铁磁质自发磁化的根源是原子(正离子)磁矩，而且在原子磁矩中起主要作用的是电子自旋磁矩。与原子顺磁性一样，在原子的电子壳层中存在没有被电子填满的状态是产生铁磁性的必要条件。 例如铁的3d状态有四个空位，钴的3d状态有三个空位，镍的3d 态有二个空位。如果使充填的电子自旋磁矩按同向排列起来，将会得到较大磁矩，理论上铁有4μB，钴有3μB，镍有2μB。 可是对另一些过渡族元素，如锰在3d态上有五个空位，若同向排列，则它们自旋磁矩的应是5μB，但它并不是铁磁性元素。 2.4.4 铁磁性的来源 2.4.4 铁磁性的来源 Transitional metal - Unfilled d-, f- Orbitals Lead to Large Magnetic Moments! 2.4.4 铁磁性的来源 产生铁磁性不仅仅在于元素的原子磁矩是否高，而且还要考虑形成晶体时，原子之间相互键合的作用是否对形成铁磁性有利。这是形成铁磁性的第二个条件。 1928年，弗仑克尔提出：自发磁化起源于电子间特殊的相互作用；海森堡证明：分子场是量子力学交换作用的结果。 从此得到结论：铁磁性自发磁化起源于电子间的静电交换相互作用。 2.4.3 铁磁性的来源 交换作用能 注： 交换作用只有发生在磁性原子或离子间时才会对自发磁化产生影响。 交换作用是一种近程作用，只能在最近邻之间。 a、若i原子与j原子相距很远，则：Aij＝0 b、 Aij ≈Ai，j+1 因