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磁疇
物理學(xué)學(xué)科中的概念
磁疇（Magnetic Domain），理論是用量子理論從微觀上說(shuō)明鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理。所謂磁疇，是指鐵磁體材料在自發(fā)磁化的過(guò)程中為降低靜磁能而產(chǎn)生分化的方向各異的小型磁化區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都像一個(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。
簡(jiǎn)介
分子或原子是構(gòu)成物質(zhì)材料的基元，基元中電子繞著原子核的運(yùn)轉(zhuǎn)形成了電流，該電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，使每個(gè)基元都相當(dāng)于一個(gè)微小的磁體，由大量基元組成一個(gè)集團(tuán)結(jié)構(gòu)，集團(tuán)中所有基元產(chǎn)生的磁場(chǎng)都同方向整齊排列，這樣的集團(tuán)叫做磁疇。在居里溫度以下，在大塊鐵磁性或亞鐵磁性（見(jiàn)鐵氧體）單晶體（或多 晶體中的晶粒）中，形成很多小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的原子磁矩沿特定的方向排列，呈現(xiàn)均勻的自發(fā)磁化。但是在不同的區(qū)域內(nèi)，磁矩的方向不同，使得晶體總的磁化強(qiáng)度為零。這種自發(fā)磁化的小區(qū)域也稱為磁疇。
磁疇
在鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部，由于原子的磁矩不等于零，每一個(gè)原子的表現(xiàn)就好似微小的永久磁鐵。假設(shè)聚集于一個(gè)小區(qū)域的原子，其磁矩都均勻地同向平行排列，則稱這小區(qū)域?yàn)榇女牷蛲馑巩牐╓eiss domain）。使用磁力顯微鏡（magnetic force microscope），可以觀測(cè)到磁疇。
磁疇的種類(lèi)分為：a）單獨(dú)磁疇。b）兩個(gè)異向磁疇。c）多個(gè)磁疇，最小能量態(tài)。磁疇所生成的磁場(chǎng)以帶箭頭細(xì)曲線表示。磁化強(qiáng)度以帶箭頭粗直線表示。
磁疇
原理簡(jiǎn)析
形成示意圖
磁疇的存在是能量極小化的后果。這是物理學(xué)家列夫·朗道和葉津·李佛西茲（Evgeny Lifshitz）提出的點(diǎn)子。假設(shè)一個(gè)鐵磁性長(zhǎng)方體是單獨(dú)磁疇（圖a），則會(huì)有很多正磁荷與負(fù)磁荷分別形成于長(zhǎng)方塊的頂面與底面，從而擁有較強(qiáng)烈的磁能。假設(shè)鐵磁性長(zhǎng)方塊分為兩個(gè)磁疇（圖b），其中一個(gè)磁疇的磁矩朝上，另一個(gè)朝下，則會(huì)有正磁荷與負(fù)磁荷分別形成于頂面的左右邊，又有負(fù)磁荷與正磁荷相反地分別形成于底面的左右邊，所以，磁能較微弱，大約為圖a的一半。假設(shè)鐵磁性長(zhǎng)方塊是由多個(gè)磁疇組成，如圖c所示，則由于磁荷不會(huì)形成于頂面與底面，只會(huì)形成于斜虛界面，所有的磁場(chǎng)都包含于長(zhǎng)方塊內(nèi)部，磁能更微弱。這種組態(tài)稱為“閉磁疇”（closure domain），是最小能量態(tài)。
當(dāng)鐵磁質(zhì)處于外磁場(chǎng)中時(shí)，那些自發(fā)磁化方向和外磁場(chǎng)方向成小角度的磁疇其體積隨著外加磁場(chǎng)的增大而擴(kuò)大并使磁疇的磁化方向進(jìn)一步轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向。另一些自發(fā)磁化方向和外磁場(chǎng)方向成大角度的磁疇其體積則逐漸縮小，這時(shí)鐵磁質(zhì)對(duì)外呈現(xiàn)宏觀磁性。當(dāng)外磁場(chǎng)增大時(shí)，上述效應(yīng)相應(yīng)增大，直到所有磁疇都沿外磁場(chǎng)排列達(dá)到飽和。由于在每個(gè)磁疇中個(gè)單元磁矩已排列整齊，因此具有很強(qiáng)的宏觀磁性。
性質(zhì)
磁疇
從物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來(lái)看，鐵磁質(zhì)內(nèi)電子間因自旋引起的相互作用是非常強(qiáng)烈的，在這種作用下，鐵磁質(zhì)內(nèi)部形成了一些微小的自發(fā)磁化區(qū)域，叫做磁疇。每一個(gè)磁疇中，各個(gè)電子的自旋磁矩排列的很整齊，因此它具有很強(qiáng)的磁性。磁疇的體積約為10 m ～10 m ，內(nèi)含約10 ～10 個(gè)原子。在沒(méi)有外磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁質(zhì)內(nèi)各個(gè)磁疇的排列方向是無(wú)序的，所以鐵磁質(zhì)對(duì)外不顯磁性。當(dāng)鐵磁質(zhì)處于外磁場(chǎng)中時(shí)，各個(gè)磁疇的磁矩在外磁場(chǎng)的作用下都趨向于沿外磁場(chǎng)中的磁化程度非常大，它所建立的附加磁場(chǎng)強(qiáng)度B'比外磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度B在數(shù)值上一般要大幾十倍到數(shù)千倍，甚至達(dá)數(shù)萬(wàn)倍。
移動(dòng)
相鄰磁疇的界限稱為磁疇壁，磁疇壁是一個(gè)過(guò)渡區(qū)，具有一定的厚度。磁疇的磁化方向在疇壁處不能突然轉(zhuǎn)一個(gè)很大的角度（主要有180°和90°兩種），而是經(jīng)過(guò)疇壁一定厚度逐步轉(zhuǎn)過(guò)去的，即在這個(gè)過(guò)渡區(qū)中原子磁矩是逐步改變方向的。疇壁內(nèi)部的能量總比疇內(nèi)的能量高，壁的厚薄和面積大小都使它具有一定能量。
結(jié)構(gòu)
磁疇的形狀尺寸。疇壁的類(lèi)型與厚度總稱為磁疇結(jié)構(gòu)。同一磁性材料，如果磁疇結(jié)構(gòu)不同，則其磁化行為也不同，所以磁疇結(jié)構(gòu)不同是鐵磁性物質(zhì)磁性千差萬(wàn)別的原因之一。磁疇結(jié)構(gòu)受到交換能、各向異性能、磁彈性能、磁疇壁能、退磁能的影響。平衡狀態(tài)時(shí)的疇結(jié)構(gòu)，這些能量之和應(yīng)具有最小值。
根據(jù)自發(fā)磁化理論，在冷卻到居里點(diǎn)以下而不受外磁場(chǎng)作用的鐵磁晶體中，由于交換作用使得整個(gè)晶體自發(fā)磁化達(dá)到飽和，顯然，磁化方向應(yīng)該沿著晶體的易軸，因?yàn)檫@樣交換能和磁晶能才都處于最小值。但因?yàn)榫w有一定的大小與形狀，整個(gè)晶體均勻磁化的結(jié)果必然產(chǎn)生磁極，磁極的退磁場(chǎng)卻給系統(tǒng)增加了一部分退磁能。對(duì)于“單疇”從能量觀點(diǎn)，把磁體分為n個(gè)區(qū)域時(shí)。退磁能降為原來(lái)的1/n，減少退磁能是分疇的基本動(dòng)力。但由于兩個(gè)相鄰磁疇間存在疇壁，又需要增加一定的疇壁能，因此自發(fā)磁化區(qū)域的劃分不能無(wú)限小，而是以疇壁能及退磁能相加等于極值為條件。為了降低能量。晶體邊緣表面附近為封閉磁疇，它們使得退磁能降為零。一個(gè)系統(tǒng)從高磁能的飽和組態(tài)變?yōu)榈痛拍艿姆之牻M態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)能量降低的可能性是形成磁疇結(jié)構(gòu)的原因。
對(duì)于多晶體來(lái)說(shuō)晶界，第二相。晶體缺陷、夾雜，應(yīng)力、成分的不均勻性等對(duì)疇結(jié)構(gòu)有顯著的影響。每一個(gè)晶粒會(huì)包含許多疇，在一個(gè)磁疇內(nèi)，磁化強(qiáng)度一般都沿著晶體的易磁化方向。對(duì)于非織構(gòu)的多晶體，各晶粒的取向是不同的，因此在不同晶粒內(nèi)部磁疇的取向是不同的。為了減少退磁場(chǎng)能，在夾雜物附近會(huì)出現(xiàn)附加疇。在平衡狀態(tài)時(shí)，疇壁一般都跨越夾雜物。
溫度影響
從實(shí)驗(yàn)中我們得知，鐵磁質(zhì)的磁化和溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，它的磁化能力逐漸減小，當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，鐵磁性就完全消失，鐵磁質(zhì)退化成順磁質(zhì)。這個(gè)溫度叫做居里溫度或叫居里點(diǎn)。這是因?yàn)殍F磁質(zhì)中自發(fā)磁化區(qū)域因劇烈的分子熱運(yùn)動(dòng)而遭到破壞，磁疇也就瓦解了，鐵磁質(zhì)的鐵磁性消失，過(guò)渡到順磁質(zhì)，從實(shí)驗(yàn)知道，鐵的居里溫度是1043K，78%坡莫合金的居里溫度是873K，45%坡莫合金的居里溫度是673K。
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