铁磁学下第七章

1、铁磁学(下)曹庆琪Email: Tel: 83594127第七章 铁磁体的磁畴结构7.1 磁畴的成因 (1) 退磁场的作用. (2) 晶体内不均匀应力分布. (3) 畴结构理论: 畴理论及微磁学理论. 基本原则:自由能极小7.2 Bloch畴壁畴壁是多畴结构中相邻磁畴间的转变过度区, 磁矩逐渐转变以减少交换能Fex (1) 取向和结构特点. 不产生磁荷. 布洛赫畴壁存在于大块材料内部晶体的特定取向方向.(2) 畴壁厚度和畴壁能 a 估算设畴壁中共有N+1层原子,相邻原子磁矩夹角 均相同 单位面积交换能提高 畴壁中的各向异性能为(看成单轴各向异性 )故畴壁总能量为平衡时，应有 畴壁厚度为 畴壁能

2、量为 b 精确计算取畴壁法线n方向为Z轴 ,交换能密度为 磁晶各向异性能密度为 单位面积畴壁的总能量为 应使为极小, 即 应满足的Euler方程 在畴中 可得到畴壁中的平衡条件 可推出其中是畴壁厚度的单位 是畴壁能的基本单位 例1、单轴各向异性的180畴壁 取畴壁中心，即 处z = 0 近似定义 (等效畴壁厚度)畴壁能密度例2、三轴各向异性的180畴壁 设该畴壁与xy平面的交线与x轴成角 当= 0和时， MS从001转到100或010再转到在这两个方向上，我们有 ，磁化矢量有扩大成磁畴的趋势，即一个180畴变为相继的两90畴 实际晶体中应考虑自发磁化形变引起的磁弹性能E的作用例3、三轴各向异性

3、的90畴壁 对00190畴壁 其他情况 7.3 大块晶体的磁畴结构磁畴结构的计算通常步骤 （1）根据实验观察或理论推理，提出磁畴结构的模型；（2）根据模型计算它们的能量，以能量最低的一种磁畴结构作为实际存在的结构。磁畴能量畴壁能量(1) 内部畴与表面畴 内部畴: 一般较简单及均匀分布. 宽度依赖于样品尺寸L及表面畴.表面畴: 受到表面粗糙性及打磨表面时残留的内应力、氧化层等等的影响，磁畴图形往往比较复杂。 (a) 单轴晶体开放情况晶体总能量为 类 型abcd棋盘格1.0610-724.41039.210-4平板状1.710-712.421038.2410-4园柱状0.74810-75.7610

4、38.6610-4表面封闭畴当3.410-7MS2/K1 1时，封闭畴结构就有可能出现；反之，对高各向异性、低磁化强度的材料，开放式的平板状畴更为有利。 不同厚度的钡铁氧体薄片基面上的磁畴结构 钴晶体六角面上的雪花畴以及对雪花畴形成的解释 (b) 铁型晶体需计入磁弹性能 当晶面与易磁化方向不完全平行而交成一个小角度时，硅钢单晶表面出现树枝状畴 (c) 镍型晶体K1 0，易磁化方向为型方向,有70.53及109.47两种畴 (2) 晶体缺陷对磁畴的影响 (a) 内应力的影响内应力通过磁弹性能对磁化方向产生影响 出现成团的180o畴.l D, 每个应力同号区为一个磁畴,=0处为90畴壁 .(b)

5、非磁性掺杂当ddc, 掺杂产生次级畴从而降低局部退磁场. 临界尺寸dc :可由Eb=Ed 得到. 7.4 单畴颗粒临界尺寸当颗粒尺寸ddc, 多畴能量高于单畴能量, 出现单畴颗粒.零场下微小晶粒中自发磁化强度的几种可能的分布 对(d), 单畴状态，只有退磁场能 1、弱各向异性情形 可求得,总交换能交换能密度仅考虑交换能临界半径R0应满足2、强各向异性情形 （b）三轴晶体情形 （c）单轴晶体情形 3、细长颗粒情况 短半径的临界尺寸 7.5 微细颗粒中的超顺磁性当颗粒尺寸足够小时, KVkT, 热能涨落可使磁化矢量能自发地从一个易磁化方向被反转到另一易磁化方向.类似于顺磁性.不考虑磁各向异性的情况

6、 超顺磁性特点 1、材料在不同温度下测得的M H / T曲线总是重叠的。2、没有磁滞出现, 即剩磁和矫顽力两者均为零。弛豫时间: Mr减小到它的初始值的1/e即37% 时所需要的时间 临界尺寸Dp与阻塞温度TB矫顽力变化情况 7.6 薄膜中的磁畴1、薄膜中的畴壁 在薄膜中,Bloch壁的Ms绕着畴壁法线方向旋转,壁上无磁荷, . 但在畴壁与薄膜表面交界处 , 有磁荷出现. 畴壁能随薄膜厚度降低而升高.单位畴壁面积上的退磁能 退磁能密度 (b) 薄膜中Neel壁的Ms绕薄膜法线方向旋转. 薄膜表面无磁荷,但畴壁上出现磁荷. 畴壁能随薄膜厚度降低而降低.当D 时，从能量上考虑，Nel壁比Bloch壁更有利。 (c) 畴壁类型随膜厚的变化Bloch畴壁带Neel段的Bloch畴壁带Bloch 线的Neel畴壁十字型(cross tie)畴壁Neel畴壁2、磁泡 7.7 磁畴结构的实验观测1 粉纹法畴壁的表面散磁场吸引悬浮液中铁磁粉末分布确定表面磁畴磁化方向2 磁光效应Faraday效应 Kerr效应 优点 （1）可在各种温度下进行磁畴观察； （2）观察到的是磁畴而不是畴壁 （3）可用于观察磁畴动态过程 3 其他实验方法(1)铁磁探针测量散磁场的方法，例