磁学常量转换

1、3.15磁学基础C.A.Ross，材料科学与工程学系，麻省理工学院参考数据：Jiles，磁学与磁性材料导论磁性数值与单位H=磁场强度，A/m -表示能量梯度或偶极的力矩B=磁通量密度，T或Wb/m2 -每单位面积通过的磁力线数M=磁化强度，A/m -磁矩，材料对场的反应磁场强度由电流产生：电流i在半径r产生切线场H = i/2 n r或由磁性材料而来。在自由空间中磁通量密度由 B = p oHp o= 4n *10-7 Henry/m磁场强度决定但在材料中B = p o (H + M)p r =相对磁导率=(p r - 1)=磁化率B = p o p rHM = H(p r - 1)M = X

2、 H磁化强度与磁通量密度表示材料对于磁场场度H的反应。磁通量密度的场线是连续的。注，相同的表示式以cgs单位表示：B (Oersted) = H (Gauss) + 4n M (emu/cc)在此 1 Oe = (1000/4n ) A/m = 79.6 A/m真空中：1 Oe (奥斯特)=1G (高斯)1 G = 10-4 T1 emu/cc = 1 kA/m不同种类的材料反磁：原子没有净磁矩，但磁场会产生与外加场相反的小磁矩，磁化率为负的(p r 1)。铁磁有自发的磁化强度，及大的磁导率，其与样品的经历有关，具有非线性的磁滞现象。磁性行为的源由电荷的移动使得电子的角动量产生磁化。磁化由1）

3、电子自旋，2）电子轨道运动而来。成对电子的贡献会互相抵销，所以强磁效应发生在材料具有未成对的电子。一个电子具有1 p B （波耳磁子）=9.27*10-24 Am2的动量Stern-Gerlach与Zeeman的实验指出了原子有磁化的量子现象。我们预期在过渡金属（未填满3d轨域）及稀土元素（未填满4f轨域）有大的磁性现象，因为它们有大的净自 旋。例如：Fe3+有3d5:预期每个原子有5p B （忽略轨道的贡献）Fe有3d8 :预期每个原子有2p B铁磁物质之邻近原子因为交换耦合，会有自旋的自发排序。假若自旋有一角度0,交换能=A （1 - cos0 ）在此A式交换常数，如对铁而言是1.4*10

4、-20 J负A表示反向平行排列：材料是反铁磁性或陶铁磁性。在居礼温度之上，自旋是随机排列，所以kTA（对铁而言是770 C）排列整齐的自旋形成扇区，每个扇区通常都指向不同的方向，就样品而言平均起来就没有净磁矩。但是， 扇区可由相对较小的磁场磁化而排列在同一方向（注：此时磁壁就不存在了），以产生较大的净磁矩，所以 其磁导率非常高。M-H曲线的形状是迟滞的，重要的磁滞回线参数包含：曲线内的面积（外加磁场作一个循环的能量消耗）饱和磁化（在大磁场中的磁化）残磁（磁场为零时仍存在磁化强度）顽磁（要将磁化强度去除所需的磁场强度）异向性与扇区磁能包含下列几项：交换能（在所有的自旋互相平行时有最小值）静磁能（

5、扇区指向不同的方向以使能量最小，所以没有外场）则曼效应（因外加磁场引起的位能，E = M.H）磁晶能（若磁化方向在特定的晶体方向，如在钻的c轴方向，所需能量较低）扇区结构的形成以降低至最小能量。扇区大小一般约微米或更大的等级；磁壁宽约100nm磁晶异向能表示要将磁化拉离喜好（容易）的轴项所需的能量。例如：钻Ku = 4.1 105 J/m3单轴，0001是容易的铁 K1 = 4.8 104 J/m3立方,是容易的镍 K1 = -4.5 103 J/m3立方,是容易的单轴：能量E = Ku sin2 =磁化方向M与异磁化轴间的角度立方：E = K1 （cos2? 1cos2? 2 + cos2?

6、 2cos2? 3 + cos2? 3cos2? 1） + 高阶项 i =磁化方向 M 与 i 轴间 的角度磁壁宽度是由交换能（倾向宽磁壁）与磁异向能（倾向窄磁壁）之间的平衡所决定壁宽（a =晶格参数）壁能对于够小的粒子并不足以建构起磁壁，因为储存的净磁能小于壁能，这些称作”单一扇区”粒子。非常小的粒子是热的不稳定态，因为净磁能KtotV . LTiT -l-lKJ I I . LJ-I ；_J :I m J I J磁学量名称符号CGS单位SI单位换算比（SI制数值乘 以此数即得CGS 制数值）磁彳成强度m韦即b）108/ 471磁通麦克斯韦WK）韦(Wb)108磁矩Mm磁矩安/米2 (A/i103磁通密度或 磁感应强度B高斯（Gsl韦/米2或特 斯拉 （Wb/m2或T）104磁场强度H奥斯特（Oe）安/米(A/m)1/79. 6磁势 磁通势(pmVm奥厘米(Oe-c m)安匝（A）W10磁，七强度M高斯（Gd安/米(A/m)10-3相充r磁化箪X4兀相对导磁箪1退磁因子N(CGS) D(SI)4兀真空导磁箪p.01W107107/471磁阻Rm（奥厘米）,麦 克斯韦安匝/韦(A/W b)471-10-9磁晶各问异 性常数KIerg/cm2焦/米10磁能枳(BH)m扃奥焦/缁(JAn3)109/ 7. 96畴壁能密度Yerg/cm2焦2(J/m