各種磁介質p2864-28、37、38磁介質分類弱磁性：順磁質、抗磁質強磁性：鐵磁質一般有兩類分子

無外場

有外場

分子磁矩m分子=ml+ms＝0

m分子=0

m分子

0

分子磁矩m分子=ml+ms

0

m分子=0

m分子

0順磁質的磁化

分子在外磁場作用下趨向于外磁場排列熱運動與磁場作用相抵抗

抗磁質順磁質4.5各種磁介質-磁介質的分類抗磁質

抗磁質分子的固有磁矩m分子=ml+ms＝0不存在由非零的分子固有磁矩規則取向引起的順磁效應。磁性來源？抗磁質磁性起源于電子軌道運動在外磁場下的變化電子軌道運動為什么會變化？原因：在外磁場下受洛倫茲力

4.5各種磁介質-磁介質的分類分子磁矩的由來

在原子或分子內，一般不止有一個電子

分子磁矩：所有電子的軌道磁矩和自旋磁矩的矢量和m分子=ml+ms＝0

電子軌道磁矩與角動量方向相反電子自旋磁矩若所有電子的總角動量（含軌道和自旋）為零，抗磁所有電子的總角動量（含軌道和自旋）不為零，順磁

4.5各種磁介質-磁介質的分類外磁場對電子軌道運動的影響

p240外磁場作用在一個抗磁原子上，考慮電子的軌道運動(設電子角速度平行于外磁場)求無外磁場時的角速度

0(電子只受庫侖力）加外磁場B0，電子受庫侖力、洛倫茲力（指向中心），假設軌道的半徑不變（相當于定態假設），設洛倫茲力遠小于庫侖力4.5各種磁介質-磁介質的分類洛倫茲力遠小于庫侖力，高階無窮小，略考慮電子角速度反平行于外磁場，有同樣結論，

的方向總是與外磁場B0相同

電子角速度改變將引起電子磁矩改變

總是與外磁場方向相反4.5各種磁介質-磁介質的分類當介質處于磁場中時，每個電子磁矩都受到磁力矩的作用

4.5各種磁介質-磁介質的分類鐵磁質

起始磁化曲線：Ms、Bs分別為飽和磁化強度和飽和磁感應強度

M～H、B～H之間的關系是非線性和非單值的

特點

其中M的值相當大；

M與H不成正比關系，甚至也不是單值關系。實驗表明，M和H間的函數關系比較復雜，且與磁化的歷史有關。鐵磁質的M與H、B的關系通常通過實驗測定

4.5各種磁介質-磁介質的分類磁滯回線

MR：剩余磁化強度BR:剩余磁感應強度HC：矯頑力。在上述變化過程中，M和B的變化總是落后于H的變化，這一現象稱為磁滯現象;上述曲線叫磁滯回線。P2444.5各種磁介質-磁介質的分類磁滯損耗

當鐵磁質在交變磁場作用下，反復磁化是由于磁滯效應，磁體要發熱而散失熱量，這種能量損失稱為磁滯損耗。

可以證明：B－H圖中磁滯回線所包圍的“面積”代表在一個反復磁化的循環過程中單位體積的鐵芯內損耗的能量

磁滯回線越胖，曲線下面積越大，損耗越大；磁滯回線越瘦，曲線下面積越小，損耗越小

證明p245，算電源要抵抗感應電動勢做功4.5各種磁介質-磁介質的分類證明以有閉合鐵芯的螺繞環為例

設t時刻介質處于某一磁化狀態P，此處H>0，B>0dt內，P——P’，鐵心中磁通改變量為d

電源抵抗感應電動勢做功周長4.5各種磁介質-磁介質的分類鐵磁質

磁化機制

自發磁化區

近代科學實驗證明，鐵磁質的磁性主要來源于電子自旋磁矩。在沒有外磁場的條件下鐵磁質中電子自旋磁矩可以在小范圍內“自發地”排列起來，形成一個個小的“自發磁化區”——磁疇

自發磁化的原因是由于相鄰原子中電子之間存在著一種交換作用（一種量子效應），使電子的原子磁矩平行排列起來而達到自發磁化的飽和狀態

單晶和多晶磁疇結構的示意

4.5各種磁介質-磁介質的分類磁化過程示意

a：未磁化時狀態b：疇壁的可逆位移階段—OA段c：不可逆的磁化——AB段d：磁疇磁矩的轉動——BC段e：趨于飽和的階段——CS段等于每個磁疇中原有的磁化強度

在外磁場撤消后，鐵磁質內摻雜和內應力或因為介質存在缺陷阻礙磁疇恢復到原來的狀態

4.5各種磁介質-磁介質的分類磁疇

影響鐵磁質磁性的因素

溫度對磁性有影響——居里點高過居里點鐵磁性就消失，變為順磁質。如純鐵的居里點為1043K，鏑的居里點為89K；強烈震動會瓦解磁疇

尺寸影響磁疇結構性——介觀尺度下有新現象介觀尺度：即介于宏觀尺度與微觀尺度之間，一般為0.1——100nma片形疇（L=8微米）；b蜂窩疇（L=75微米）；c楔形疇圖幾種鐵磁材料的磁疇結構，其中a、b為Ba鐵氧體單晶基面上的磁疇結構，L為晶體厚度；c為鈷的兩個晶粒上的磁疇結構4.5各種磁介質-磁介質的分類宏觀鐵磁體的尺寸減小到介觀尺度

此時磁性材料不再是具有疇壁的多磁疇結構，而是沒有疇壁的單疇結構，單疇的臨界尺度大約在納米級范圍，例如鐵（Fe）的球形顆粒產生單疇的臨界直徑為28nm，鈷(Co)為240nm。由于熱擾動的影響，使這些磁有序物質系統表現出特別的磁性質，如類似順磁性的超順磁性

與同類常規塊狀磁體相比，納米量級材料的居里溫度低，矯頑力高。磁性液體：用表面活性劑處理過的超細磁性微粒高度分散在載液中形成一種磁性膠體溶液，呈現出超順磁性4.5各種磁介質-磁介質的分類磁性材料的分類及其應用

按矯頑力大小分類軟磁材料

HC小，磁滯回線瘦，磁滯損耗小；有的BR小，通電后立即磁化獲得強磁場，斷電立即退磁，適合用于強電有的起始磁導率大，適合用于弱電硬磁材料

BR大，HC大，HC：104～106A/m；磁滯回線胖，磁滯損耗大；撤外場后，仍能保持強磁性。4.5各種磁介質-磁介質的分類磁性材料在信息技術中的應用隨著信息時代的到來，多種磁性材料在信息高新技術中獲得廣泛而重要的應用

磁記錄：主要有存儲裝置和寫入、讀出設備。存儲裝置是用永磁材料制成的設備，包括磁頭和磁記錄介質

磁頭：寫入過程中：磁頭將電信號——磁場讀出過程中：將磁記錄介質的磁場——轉變為電信號磁記錄介質：內存、外存、磁盤和磁帶等4.5各種磁介質-磁介質的分類磁性功能材料壓磁材料也叫磁致伸縮材料

鐵磁質磁疇中磁化方向改變會導致介質中晶格間距的改變

磁電阻材料磁場可以使許多金屬的電阻發生改變，這種現象稱為磁電阻效應，相應的材料為磁電阻材料(MR)

磁電阻材料(MR)：

巨磁電阻效應（簡稱GMR）

超巨磁電阻材料

在小型化的微型化高密度磁記錄讀出磁頭、隨機存儲器和微型傳感器中獲得重要應用

液體磁性既具有固體的強磁性，又具有液體的流動性

4.5