磁性物理期末复习课件.pdf

磁性物理PHYSICS OF MAGNETISM磁性物理期末复习基本概念磁矩磁化强度磁场强度磁感应强度磁导率退磁场（退磁因子）（静）磁能交换作用磁晶各向异性磁畴磁化曲线（磁滞回线）矫顽力磁性物理期末复习磁矩出(Moment)4=47zxl(JjEf/w磁性物理期末复习磁化强度(Magnetization):单位体积内磁偶极子的磁矩矢量和将磁化强度看成是磁偶极子的集合磁性物理期末复习原子磁矩一般地 N=_g?L 2m这里g因子(g-factor)对自旋运动是2,而对轨道运动是11r磁性物理期末复习nz 叫M=E(A/m)AV基本公式/=1WWW=S%；：.IIII1SNM Nx+Ny+N=MEm=、A HM0E=-2 AS；Sj=-2AS2 cos(p磁性物理期末复习基本公式磁晶各向异性场Hk磁畴成因，各种能量单畴颗粒计算A 畴动碳转可逆转动与的近饱和阶段不可逆畴壁位移阶段可逆畴壁位移阶段H技术磁化=NM位移+NM转动磁性物理期末复习基本图表P27,P28,P32,P33,P37,P39,P43,P74,P119,P132,P151,P158,P169,P219,P225,P226,P254,P285,P288 P314,P325 327,P390,P461,P462P49,P215,，P293，磁性物理期末复习泡禾ll不相容原理(Pauli exclusion principle)：同一个量子数n,l,m,s表征的量子状态只能有一个电子占据。(库仑作用)洪 德法则(Hund，s r ule)：(1)自旋电排列：使总自旋S在泡利原理的限制内取最大。(2)每个电子的轨道矢量/,的排列：使总角动量L在泡利原理和条件(1)的下取最大(3)L和S间的耦合：电子数n小于半满时J=L-S,电子数n大于半满时J=L+S。mIII-i Jt-to-4-1-t-2L+SL-S磁性物理期末复习单原子磁矩的计算（以Fe为例）:4、计算内：磁性物理期末复习磁场中电子的运动以速度V运动的自由电子An election moving freety in a magnetic field follows a helical path.The projection of 1,可达10106数量级,加很小的外场即可磁化 至饱和（原因即是存在自发磁化）。3、MH之间呈现磁滞现象，具有4、存在磁性转变温度工居里温度5、在磁化过程中表现出磁晶各向异性与磁致伸缩现象。磁性物理期末复习外斯分子场假说1、分子场假设2、磁畴假设磁性物理期末复习外斯分子场理论：2磁畴假设M=M.cosOM=M.磁性物理期末复习直接交换作用(Direct exchange)铁磁性自发磁化起源于电子间的静电交换相互作用交换作用模型磁性物理期末复习交换作用对于基态，要求（以满足能量最低原则），1.若AvO,则自旋反平行为基态（反铁磁 性或亚铁磁性）；2.若A0,则自旋平行为基态（铁磁性）；3.若A=0,系统能量与近邻电子磁性壳层中电子相对 取向无关，因此物质呈顺磁性。磁性物理期末复习A Qa/Q关系曲线:1.原子间距大（=。勺卜电 子云重叠少或无重叠，则 交换作用弱或无。2.原子间距太小，会导致2，2 2 Ae e e L 7+7 从而使IJ I J JA0,且较大。Slater Betle 曲线磁性物理期末复习磁晶各 向异性(Magnetocrystalline Anisotropy)磁性物理期末复习磁性物理期末复习C。单晶磁化曲线磁性物理期末复习磁各向异性能的表示磁化过程中的磁化功由磁化曲线和座标轴之间所包围的面积确定。称 这部分与磁化方向有关的自由能为磁各向异性能。磁各向异性类型:磁晶各向异性、形状各向异性、感生各向异性、应力各向异性、交换各向异性磁性物理期末复习六角晶系磁晶各向异性能磁性物理期末复习立方晶系磁晶各向异性能%,为分别为磁晶各向异性常数，求 几个特征方向的各向异性能，（一般设：为=0）100:a1=1,a2=0,a3=0=0 K110:=0,%=%二看 乙二十1 口 K K?111：6=%=%=月 耳=三+方磁性物理期末复习磁晶各向异性等效场：4由于磁晶各向异性能的存在，在不施加外磁场时,磁化强度的方向会处在易磁化轴方向上，如果磁化强度偏 离易磁化轴，它会受到一个力矩作用，把它拉回易磁向，这相当于在易磁化轴方向上存在一个等效磁场4 OFk=M0MsHk cos 0篝 ic XAs ine在很多情况下，用磁晶各向异性等效场的概念来讨论磁 晶各向异性的影响会方便得多。磁性物理期末复习六角晶系情况：a.c轴为易磁化轴b.c面为易磁化面时:耳产磁性物理期末复习乂方晶系磁晶各向异性能为方便讨论也可表示为或=4(/8+8区+&6)+氏.0,。2,。3用”9耒表示,c=sincos9 0cl=sin Osin。、q=cos 夕4=Xj(sin4 9 cos?(zin2 0+sin2 9cos2冲+卮.使用上式可以推出4X磁性物理期末复习磁晶各向异性的来源()G*0 Q*6 6(b)磁性物理期末复习-000-0-0-0-磁性物理期末复习磁致伸缩铁磁性物质的形状在磁化过程中发生形变的现象，叫磁致伸缩。由磁 致伸缩导致的形变6/一般比较小，其范围在10-510-6之间。虽然磁致 伸缩引起的形变比较小，但它在控制磁畴结构和技术磁化过程中，仍 是一个很重要的因素。应变随外磁场增加而变化，最终达到饱 和九。产生这种行为的原因是材料中磁畴在外 场作用下的变化过程。每个磁畴内的晶格沿磁 畴的磁化强度方向自发的形变e。且应变轴随 着磁畴磁化强度的转动而转动，从而导致样品 整体上的形变。a 2=ecos cp图14.1 磁致伸长与外加磁场的关系*H(a)(b)图14.2 磁畴磁化强度的转动以及伴随着的自发应变轴的转动磁性物理期末复习磁致伸缩的机理7；以上心以下、HZ H=0磁性物理期末复习磁畴理论Magnetic Domain Theory磁性物理期末复习共“十破屿铁磁体有一定的几何尺寸，均匀自发磁化必将导致表面磁 极的出现而产生“p此时不再能量极小的。因此必须降低1、分成个磁畴后，FL（l/n）Fd；2、形成磁畴后,必然将引起/或居增大（出现畴壁能）磁性物理期末复习改变其外矢量分布方向，从而形成多磁畴。A A|zAS N S N S磁畴的数目和大小完全取决于退磁场能和畴壁能的平衡条件磁性物理期末复习磁畴形成的能量分析情况1:自发磁化后不分畴，全部磁矩 向一个方向(即均匀的自发磁化状态)/N N N闻S S S S对于Fe:网=1.71x106A/m,贝|尸&=1.8 xl()6 J/n?令上=10-2m,则单位面积下产生的退磁场能为：磁性物理期末复习磁畴形成的能量分析情况2:自发磁化形成简单的片状磁畴 此时，材料表面也出现磁极，内部也有同时，由于畴壁能的存在，需要考虑二者的共同作用tE=1.7xlO7MiD a Sk 其中九为畴璧单位面；D 积的畴壁能1(/nE-Ms 再go4八AAVS N S N S磁性物理期末复习对于Fe来说：兀=1.59x103j/m2,则。=5.7xl06m,且&加=5.6 J/m2对于上述二情形，其能量之比为:心=气6=1 写 L8xlCf3200所以铁磁体自发磁化后，要使其总自由能为最低，必然要 分成若干个小区域的磁畴，才具有最稳定的磁畴结构。可见尽 管新增加了马，但由于分磁畴使B降低，铁磁体内总能量仍比 未分畴的退场能小得多。所以退磁场能既是形成磁畴的原因磁性物理期末复习(a)均匀磁化的单幅结构(d)具有中轴各向异性的畴结构(c)具有立方磁晶各向异性的磁瞒结构磁性物理期末复习二、磁畴壁结构1、磁畴壁的形成磁畴壁是相邻两磁畴间磁矩按一定规律逐渐改变方向的过渡层形成机理:相邻两磁畴内的磁化矢 量入自发磁化在不同的方向上，也从一个畴的取向转变为另一个 畴的取向，只能通过相邻两磁畴间 的过渡层内每个原子的自旋磁矩方 向逐渐地改变方式来进行。磁性物理期末复习180。畴壁厚度和畴壁能估算设畴壁厚度为N个原子间距心 假定单层单位畴壁面积上 有1/4个原子，原子自旋均匀转向，则单位畴壁面积的交换能 的面密度为：（4为交换积分）N越大，壁厚越厚，交换能增量越小！磁性物理期末复习180。畴壁厚度和畴壁能估算磁晶各向异性能增加！磁晶各向异性能平均密度可以近似表示为：yKiNaN越小，壁厚越薄，磁晶各向异性能增量越小！畴壁能密度为求能量极小值的条件0_毋才 avKp=Q 得到：w=叵零*”匕a y7磁性物理期末复习磁性物理期末复习畴壁：Bloch壁和Neel壁L磁性物理期末复习单畴颗粒临界尺寸及：当铁磁体的尺寸小于某一尺寸时，整个 晶体成为一个单畴，这一尺寸即为单畴的临界尺寸；不同 的材料颗粒，形成单畴时的临界尺寸显然各不相同a单畴颗粒0各向异 性较弱c磁晶各向异性 较强的立方晶体d磁晶各向异性 较强的单轴晶体其中b、c、d是尺寸大于临界尺寸的颗粒的几种最简单的磁畴结构磁性物理期末复习模型计算依据:因为临界尺寸是代表单畴和多畴的分界点，故这时单畴结构与多畴结构的能量应相同。若则多畴 结构能量低，反之，则单畴结构能量低(a)、单畴球形颗粒的能量:单畴颗粒中，磁矩沿易磁化方向平行排列，故巴最低，且H=0,又无交换能存在所以只需要考虑退磁场能B：颗粒的总退磁能:磁性物理期末复习(b)、K较大的立方晶体的多畴球形结构能量计算：颗粒大于临界尺寸小的立方晶体，其最简单的磁畴结构如图 其磁化都在易磁化方向，故无B；也无外磁场，故不考虑时，虽 然有较弱的表面磁极。但死不占主要地位，可不计。主要的能，量是畴壁能与。而这里畴壁为90。壁，所以颗粒的能量可近似写为畴壁能密度 乘以畴壁面积：届临某三孑 5,Ed=Ew (T/X，)磁性物理期末复习(c)、单轴晶体的多畴球形结构能量计算相当于分成两个方向相反的磁畴，其退磁能粗略估计为单畴的一半:畴璧能为：.临界半径时，这二者的能量和应该与单畴能量一样 争 O、磁性物理期末复习第六章技术磁化Tec hnic al Magnetizatio n磁性物理期末复习磁化过程概述可逆转动与趋近饱和阶段不可逆睛壁位移阶段畴壁移动过程；磁化矢量转动过程;R 畸动 工跳转的壁位楮可逆畴壁位移阶段TT磁性物理期末复习Si-Fe晶体的畴壁位移和磁畴转动(b)IF/100图3.41 畴壁位移和磁畴转动示意图磁性物理期末复习晶体的畴壁位移和磁畴转动较容易较困难 H?磁性物理期末复习由磁晶各向异性控制的可逆畴转动0001单轴六角晶系为例：H与。关系的推导磁性物理期末复习磁性物理期末复习由磁晶各向异性控制的不可逆畴转动（单畴颗粒的）/易轴磁性物理期末复习2磁性物理期末复习M、磁性物理期末复习动态磁化铝坡莫合金的动态磁滞回线磁性物理期末复习动态磁化HH.产图3.57 磁场随时间的改变及相应的磁化强度的改变磁性物理期末复习原因:A磁滞现象A涡流效应A频散A磁后效磁性物理期末复习复数磁导率4 二D”07)加D_N 0Hm泮-cos b-i-sinb NH m PoH m厂是储能部分 w是损耗部名磁性物理期末复习磁谱表3.4 几种软磁材料的起始磁导率四、工作频率/竟装二戋塞八特性特性参数材料种类Zn-2000MnZn-8Q0NiZn-400NiZo-60起始磁导率内15002400600To0()30050048-72 11工作频率f(MHz)0.51225 SO截止频率fT(MHz)2.568150 200磁性物理期末复习题型一、填空二、判断改错三、名词解释四、论述，五、证明或阐述（开放题）磁性物理期末复习