磁性物理的基础-磁畴与技术磁化.pptVIP

磁畴与技术磁化 一般铁磁体在弱场范围内的磁化过程主要是畴壁的位移过程。即接近于外磁场方向的磁畴长大，远离外磁场方向的磁畴缩小。理想完美的铁磁晶体，它内部的磁畴结构只由其外形的退磁场作用所决定，在外磁场作用下，只要其内部有效磁场不为零，磁畴壁将被驱动，直到畴结构改组到有效场等于零时才稳定下耒，因此这种理想晶体的起始磁化率应为无限大。 右图表示一个立方晶系K10的单晶磁化过程，易轴是[100]，磁畴有1800和900两类。当磁场加在[100]方向，畴壁位移结束时，Is在[100]方向；当磁场加在[110]方向，畴壁位移结束时，磁畴仍然存在，有两类磁畴，一类Is在[100]方向，另一类Is在[010]方向。进一步磁化过程即是磁畴内磁化强度的转动过程。 2、畴壁位移过程： H // [100] H // [110] H 实际的铁磁晶体内总是存在着晶格缺陷、杂貭和某种形式分布的内应力。结构的不均匀产生对畴壁位移的阻力，使起始磁化率降低为有限数值，而且使畴壁位移过程有可逆和不可逆的区别。 在畴壁位移过程中，铁磁晶体的总自由能(包括外磁场能)将不断发生变化。主要是当畴壁在不同位置时畴壁能发生变化，磁畴内应力能的变化，以及内部杂貭引起杂散磁场能的变化等。 如图所示，对于1800畴壁位移，在位移方向铁磁晶体内自由能F(x)的变化曲线。未加磁场时畴壁的平衡位置在F(x)最小值的位置，如图b中的a点。在a点， 当外加磁场时，畴壁向右移动。设位移dx，外磁场所做的功等于自由能F(x)的增加量。 a?b， 是稳定的，是可逆位移过程。 在b点, , 为最大值。 显然，可逆与不可逆畴壁位移的临界场的判据为 是最大值。 3、畴壁位移的理论 b?c, 不稳定的，是不可逆位移过程。在c点，若去掉外场，畴壁将稳定在d点。 ( H0称为临界场 ) 畴壁位移过程中，体系自由能的变化主要有两部分： a ) 畴壁能随位置的变化，设畴壁为平面，在位移过程中不变形，畴壁能密度为： 第二项??s?为应力能对于畴壁能的贡献。一般情况，张力?的分布是不均匀的，随畴壁所在位置不同而变化，?为畴壁厚度。另一方面，由于铁磁晶体内有杂质存在，畴壁通过杂质时，必将有一部分面积被杂质所代替(或者说被杂质所“穿破”)。 b )由内应力而生的应力能 因磁畴内磁化方向的改变而 发生变化。 由此可提出两种简化的理论模型： A、内应力理论：按内应力随位置变化来计算自由能的变化。 对于1800畴壁而言，因相邻磁畴的磁化矢量方向反平行，故磁弹性能基本无变化，可得到： 无磁场时，1800畴壁的平衡位置x0应在自由能极小处， 加磁场而畴壁位移后，可将?( x )环绕平衡位置展开为泰勒级数 故得到 对900畴壁，畴壁位移时，磁弹性能-(3/2)?s?cos2?随位置变化甚剧，畴壁能本身变化较小，这是因为相邻磁畴内的磁化矢量方向改变900，cos?的变化由0到1，因此 B、参杂理论：如果晶体内包含很多非磁性或弱磁性的杂质而内应力的变化不大。畴壁位移时，畴壁能的变化主要是由于畴壁面积的变化。对于1800畴壁就有 S为晶体单位体积内发生位移的畴壁总面积，? 畴壁能密度不变。 4、起始磁化率的计算 A、内应力理论 《1》900畴壁位移过程：无外场时900畴壁位于内应力改变符号的地方，设内应力在小区域内的变化规律为 畴壁位于?=0处。设外加磁场使那些平行于 x 轴方向的畴长大， , 故得到 由磁场dH所产生的磁化强度为 为单位体积内900畴壁的总面积，由此得到起始磁化率 假设晶体被900畴壁分为大小相等的若干立方形磁畴，并沿x易轴方向有一个内应力变化，每一个磁畴的边长为l，表面积为6l2，体积为l3，故单位体积内900畴壁的总面积为6l2/l3=6/l。对仼意的磁畴分布时，只有2/3的位置有900畴壁存在，因此 得到： 当内应力很小时，内应力耒源于磁致伸缩，则 ?0=E?s,E为杨氏弹性模量， 对于铁，Is=1700高斯，=19.5x10-6，E=1012达因/厘米2, 用最好的纯铁测得起始磁导率μ0为30000，在数量级上是符合的。 《2》1800畴壁位移过程 无外加磁场时，1800畴壁位于畴壁能极小值处,即内应力极小点。假设内应力在小区域内的分布为 得到： 在单位体积内，由畴壁位移?x而产生的磁化强度变化为 即 为单位体积内1800畴壁的总面积。 又由于 可以得到 由 可求得x0的值，x0=l /4 ,3l /4,…….。 令?=3/2,则 採用