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磁性材料及其磁化
磁性材料的基本現(xiàn)象：
一、自發(fā)磁化：
從“磁性來(lái)源”中我們了解到，某些原子的核外電子的自旋磁矩不能抵消，從而產(chǎn)生剩余的磁矩。但是，如果每個(gè)原子的磁矩仍然混亂排列，那么整個(gè)物體仍不能具有磁性。只有所以原子的磁矩沿一個(gè)方向整齊地排列，就象很多小磁鐵首尾相接，才能使物體對(duì)外顯示磁性，成為磁性材料。這種原子磁矩的整齊排列現(xiàn)象，就稱為自發(fā)磁化。
既然磁性材料內(nèi)部存在自發(fā)磁化，那么是不是物體中所有的原子都沿一個(gè)方向排列整齊了呢？當(dāng)然不是，否則，凡是鋼鐵等就會(huì)永遠(yuǎn)帶有磁性，成為一塊大磁鐵，永遠(yuǎn)能夠相互吸引了（實(shí)際上，兩塊軟鐵不會(huì)自己相互吸引）。事實(shí)上，磁性材料絕大多數(shù)都具有磁疇結(jié)構(gòu)，使得它們沒(méi)有磁化時(shí)不顯示磁性。
二、磁疇：
所謂磁疇，是指磁性材料內(nèi)部的一個(gè)個(gè)小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同，如右圖所示。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。宏觀物體一般總是具有很多磁疇，這樣，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是說(shuō)磁性材料在正常情況下并不對(duì)外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對(duì)外顯示出磁性。下圖為在顯微鏡中觀察到的磁性材料中常見(jiàn)的磁疇形狀，其中左面是軟磁材料常見(jiàn)的條形疇，黑白部分因?yàn)椴煌拇女犉浯啪胤较虿煌哂胁煌牧炼龋鼈兊慕唤缑婢褪钱牨?；中間是樹(shù)枝狀疇和疇壁；右面是薄膜材料中可以見(jiàn)到的磁疇形狀。實(shí)際的磁性材料中，磁疇結(jié)果五花八門(mén)，如條形疇、迷宮疇、楔形疇、環(huán)形疇、樹(shù)枝狀疇、泡狀疇等。
既然磁疇內(nèi)部的磁矩排列是整齊的，那么在磁疇壁處原子磁矩又是怎樣排列的呢？在疇壁的一側(cè)，原子磁矩指向某個(gè)方向，假設(shè)在疇壁的另一側(cè)原子磁矩方向相反。那么，在疇壁內(nèi)部，原子磁矩必須成某種形式的過(guò)渡狀態(tài)。實(shí)際上，疇壁由很多層原子組成。為了實(shí)現(xiàn)磁矩的轉(zhuǎn)向，從一側(cè)開(kāi)始，每一層原子的磁矩都相對(duì)于磁疇中的磁矩方向偏轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，并且每一層的原子磁矩偏轉(zhuǎn)角度逐漸增大，到另一側(cè)時(shí)，磁矩已經(jīng)*轉(zhuǎn)到和這一側(cè)磁疇的磁矩相同的方向。上圖給出了典型的磁疇壁結(jié)構(gòu)示意圖。
三、居里溫度：
對(duì)于所有的磁性材料來(lái)說(shuō)，并不是在任何溫度下都具有磁性。一般地，磁性材料具有一個(gè)臨界溫度Tc，在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列是混亂無(wú)序的。在此溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成鐵磁性的。