磁力显微镜磁畴结构
MFM
磁力显微镜
磁力显微镜(MFM) 磁力显微镜(Magnetic Force Microscope,MFM)采用磁性探针对样品表面扫描检测，检测时，对样品表面的每一行都进行两次扫描：第一次扫描采用轻敲模式，得到样品在这一行的高低起伏并记录下来；然后采用抬起模式，让磁性探针抬起一定的高度(通常为10～200nm)，并按样品表面起伏轨迹进行第二次扫描，由于探针被抬起且按样品表面起伏轨迹扫描，故第二次扫描过程中针尖不接触样品表面（不存在针尖与样品间原子的短程斥力）且与其保持恒定距离（消除了样品表面形貌的影响），磁性探针因受到的长程磁力的作用而引起的振幅和相位变化，因此，将第二次扫描中探针的振幅和相位变化记录下来，就能得到样品表面漏磁场的精细梯度，从而得到样品的磁畴结构。
一般而言，相对于磁性探针的振幅，其振动相位对样品表面磁场变化更敏感，因此，相移成像技术是磁力显微镜的重要方法，其结果的分辨率更高、细节也更丰富。
1. 在样品表面扫描，得到样品的表面形貌信息，这个过程与在轻敲模式中成像一样； 2. 探针回到当前行扫描的开始点，增加探针与样品之间的距离（即抬起一定的高度），根据第一次扫描得到的样品形貌，始终保持探针与样品之间的距离，进行第二次扫描。
在这个阶段，可以通过探针悬臂振动的振幅和相位的变化，得到相应的长程力的图像； 3. 在抬起模式中，必须根据所要测量的力的性质选择相应的探针。
与其他磁成像技术比较,磁力显微镜(MFM)具有分辨率高、可在大气中工作、不破坏样品而且不需要特殊的样品制备等优点。
静电力显微镜(EFM)和磁力显微镜(MFM)原理相似，它采用导电探针以抬起模式进行扫描。
由于样品上方的电场梯度的存在，探针与样品表面电场之间的静电力会引起探针微悬臂共振频率的变化，从而导致其振幅和相位的变化。
利用磁力显微镜观察铁镍合金丝的磁畴结构
第16卷 第3期2009年6月 金属功能材料Metallic Functional Materials Vol 116, No 13J une , 2009利用磁力显微镜观察铁镍合金丝的磁畴结构夏 天1,张新喜1,高学绪2(1.装备指挥技术学院士官系,北京 102249;2.北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京 100083)摘 要:本文介绍了磁力显微镜的起源和基本原理,以及应用状况。
尝试了用磁力显微镜观察铁镍合金和铁镍合金丝的纵截面磁畴结构,并比较了退火前后合金丝的磁畴结构的变化。
分析了拉拔应力以及退火对铁镍合金磁织构的影响。
关键词:磁力显微镜;铁镍合金丝;磁畴结构中图分类号:T G 13212 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2009)03-0016-05Observation of Magnet Domain Structure ofIron Nickel Alloy Wire by MFMXIA Tian 1,ZHAN G Xin 2xi 1,GAO Xue 2xu 2(11Petty Officers Department of Academy of Equipment Command &Technology ,Beijing 102249,China ;21State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials ,University of Science andTechnology Beijing ,Beijing 100083,China )Abstract :In this paper ,the origin ,f undamental principle and applications of magnetic force microscopy (MFM )was introduced for the observation of magnetic domain structures 1The observation experiment of magnet domain of iron nickel alloy and wire by MFM was made ,and the differences betwen magnet domain structure of alloy wires an 2nealed and unannealed were discussed 1The influence of tension stress and annealing on the degree of orientation of domain structure was analyzed 1K ey w ords :magnetic force microscopy (MFM );Fe 2Ni alloy wire ;magnetic domain structure作者简介:夏 天,男(1977-),安徵庐江人,汉族,硕士研究生,讲师,从事磁致伸缩材料研究。
磁性材料的微观结构分析与控制
磁性材料的微观结构分析与控制磁性材料是一种在外加磁场下会生成磁化强度的物质。
它们广泛应用于电子和电动机、传感器和医学成像等领域。
磁性材料的性能与其微观结构密切相关，因此对其微观结构的分析和控制具有重要意义。
在磁性材料中，磁性原子或离子是构成磁性相互作用的基本单位。
它们的磁性来源于其电子自旋和轨道磁矩。
磁性材料中存在着许多微观结构，如晶体结构、晶粒结构、晶界和磁畴结构等。
首先，晶体结构是磁性材料微观结构的一大要素。
晶体结构决定了磁性材料的晶体对称性和晶体缺陷。
对于铁磁性材料来说，具有体心立方、面心立方和六角密排等不同晶体结构。
这些晶体结构中的原子排列方式和晶体对称性直接影响了材料的磁性能。
例如，在铁磁性材料中，面心立方结构具有较高的磁化强度，而体心立方结构则具有较低的磁化强度。
其次，晶粒结构也对磁性材料的性能产生了显著影响。
晶粒是由一定数量的晶体构成的，它们在材料中的分布、形状和尺寸是影响磁性材料磁性能的重要因素。
较大的晶粒尺寸会导致磁性材料具有较低的矫顽力和剩余磁感应强度，而较小的晶粒尺寸则会增强材料的矫顽力和剩余磁感应强度。
此外，晶界也是晶粒结构的一部分，它们是相邻晶粒之间的界面区域。
晶界对磁性材料的磁性能产生了重要影响，通常会减弱材料的磁化强度和矫顽力。
最后，磁畴结构是磁性材料微观结构中的一个关键要素。
磁性材料中的磁畴是由一定数量的有序排列的磁性原子或离子组成的。
在无外界磁场的情况下，磁畴以随机方向排列。
施加外界磁场后，磁畴会发生重新排列，并出现磁畴壁结构。
磁畴壁是两个不同方向磁畴之间的过渡区域，磁畴壁的结构和性质对磁性材料的磁性能影响巨大。
控制磁畴和磁畴壁的结构可以调节磁性材料的磁性能。
为了对磁性材料的微观结构进行分析和控制，科学家们运用了许多技术手段。
其中，X射线衍射和电子显微镜是最常用的手段之一。
X射线衍射可以用于测定材料的晶体结构，并研究晶体缺陷、晶粒尺寸和晶界等微观结构特征。
电子显微镜则可以在纳米尺度下观察磁性材料的晶体结构和晶粒结构，并提供更加详细的信息。
交变力磁力显微镜:在三维空间同时观测静态和动态磁畴
交变力磁力显微镜：在三维空间同时观测静态和动态磁畴曹永泽; 赵越【期刊名称】《《物理学报》》【年(卷),期】2019(068)016【总页数】6页(P325-330)【关键词】磁力显微镜; 磁性材料; 动态磁力; 超顺磁探针【作者】曹永泽; 赵越【作者单位】大连海事大学理学院大连 116026; 日本秋田大学区域创新中心秋田 010-8502【正文语种】中文1 引言磁力显微镜(MFM)是一种测试磁性材料的磁畴结构重要的工具,它具有约10 nm的空间分辨率,而且不需要对样品进行特殊处理[1-9].利用探针悬臂梁的激光反射来描绘探针磁矩和样品静磁场之间的磁力,勾画出样品表面的磁畴结构.传统磁力显微镜一般使用两次扫描模式,第一次扫描是通过轻敲模式(tapping)利用范德瓦耳斯力来测试相貌,之后把探针抬举到一定高度(lift),去测试磁力,这种方式叫做tapping-lift mode[10,11].然而,这种一次抬举操作不足以去描绘三维空间的磁场分布.目前,传统磁力显微镜不可能获得准确的磁畴在不同的抬举高度对应于样品表面的同一个位置.因为传统磁力显微镜在每次测量时,样品的表面形貌会有不同程度的漂移[12,13].因此,需要改变扫描模式去获得准确的三维磁场分布.另外,传统磁力显微镜只能测试静态磁畴,在交流磁场作用下的磁畴变化测试还没有办法解决[14,15].为了改进上述问题,我们开发了交变力磁力显微镜(A-MFM)[16-19],使用 FeCo-GdOx或者 Co-GdOx超顺磁探针,同时观测了Sr铁氧体块体材料在交流磁场作用下的静态磁畴和动态磁畴,可以准确地辨别出在交流磁场作用下样品中不同晶粒的磁化状态变化情况.我们通过修改传统的tapping-lift模式为一次轻敲多次等距离抬举探针的扫描模式,准确地测试了样品的静态和动态磁场在三维空间的分布.证明了在交流磁场作用下样品的静态和动态磁场随探针和样品之间距离z的变化,满足Hz(z)=Hz(0)·exp(—kz).总体来说,AMFM可以测试三维空间的静态和动态磁场分布,研究材料的动态磁化过程,评价材料的磁均匀性(微观结构均匀性),扩展了磁力显微镜的测试功能.2 实验图1(a)为交变力磁力显微镜的实验装置示意图.在日立L-trace II 扫描探针显微镜基础上,外加磁场感应线圈和搭建测试信号的线路,如图1(a).感应线圈可以产生一定频率的交流磁场,可以周期地调制探针的磁矩.周期变化的探针的磁矩在磁场中产生一个动态磁力能引起探针的有效弹劲系数周期地改变.探针的振动频率被调制,可以表示为这里,m是探针的质量,γ是探针振动的阻尼系数,k0是探针的固有弹劲系数;Δk0cos(ωmt)+Δk1cos(2ωmt)=Δkeff(t)是有效弹劲系数的周期变化,Δk0和Δk1是ωm和2ωm信号的振幅; z是探针在垂直方向的位移; F0cos(ω0t)是压电驱动器施加给探针的驱动力.探针的有效弹劲系数周期变化可以表示为这里,分别是样品在z方向的静态磁场(DC)和动态磁场(AC).是外加感应线圈产生的交流磁场,如图1(a)所示.Δk0,Δk1 << k0((1)式),解(1)式可以得到:图1 (a)静态和动态磁场测试的交变力磁力显微镜实验装置示意图;(b)探针扫描模式示意图,首先轻敲获得一点的表面形貌,之后探针多次抬举相同的高度测试磁力; 探针下落进行这一点样品表面的轻敲,按照设置的步长移动到下一个点位置轻敲,之后多次抬举测磁力,这样循环测试; 这里,设定抬举的次数为32,每一次抬举的时间设置为60 ms,每一次抬举位置的停留时间为 20 ms,在抬举过程中探针的振动电压为轻敲时电压的20%Fig.1.(a)Schematic diagram of A-MFM with super paramagnetic tips for DC and AC magnetic fields measurement of magnetic materials.(b)Schematic diagram of sequential probe control.First measuring the topography(tapping),after tapping,tip was lifted by the same height between the adjacent lift points.The probe drops to tap the topography of the sample at this point,and moves to the next point according to the set step,and then lifts the probe several times,so that the cyclic test was carried out.The lift points number can be set,and the wait time of lift points can be set.In this experiment,the lift points were set as 32,the every lift procession was set as 60 ms,and the wait time was set as 20 ing 20% of the tapping oscillation voltage of the supe rparamagnetic tips as a lift oscillation voltage.从(3)式看出,只要测得ωm和2ωm信号就可以表示静态磁场(Δk0与相关)和动态磁场相关).因此,实现同时探测样品的静态磁场(ωm信号)和动态磁场(2ωm信号)变得可能.利用锁相环(easyPLL,Nanosurf®)对调制的信号进行解频,之后输入锁相放大器(LI5640 NF Corporation),锁相放大器的参考信号来自于信号发生器(图1(a)).锁相放大器的输出信号为ωm信号和2ωm信号的同相X图像,异相Y图像,振幅R 图像和相位θ图像.探针的扫描模式如图1(b)所示.首先轻敲获得一点的表面形貌,之后探针多次抬举相同的高度测试磁力.随后探针下落进行这一点样品表面的再次轻敲,按照设置的步长移动到下一个点位置轻敲,之后多次抬举测磁力,这样循环测试.本实验设定抬举的次数为32,每一次抬举的时间设置为60 ms,每一次抬举位置的停留时间为 20 ms.这里,必须保证每一次抬举位置的停留时间(20 ms)至少要大于线圈交流磁场的一个周期(11 ms).在抬举过程中探针的振动电压为轻敲时电压的20%.最后,我们成功地观测了硬磁Sr铁氧体样品的三维空间的静态和动态磁场分布.3 结果与讨论利用Co靶和Gd2O3靶在Ar气1 Pa气氛下磁控共溅射制备了100 nm厚的Co-GdOx超顺磁薄膜.图2(a)表示100 nm厚Co-GdOx薄膜在室温是超顺磁性,图2(a)的插图是小量程500 Oe的磁滞回线,进一步验证了Co-GdOx是超顺磁性,矫顽力为0 Oe,初始磁化率是1.18×10—5 H/m.原子力显微镜的实验结果图2(b)表明Co-GdOx薄膜的平均颗粒尺寸为20.4 nm,表面粗糙度是0.83 nm.超顺磁Co-GdOx探针和薄膜一起制备,超顺磁探针是Co-GdOx薄膜覆盖在商业Si探针(SI-DF40,Seiko Instruments Inc.)上面.样品台在溅射过程中保持旋转,保证探针镀层的均匀性.制备的Co-GdOx探针在大气中的共振频率约为300 kHz,品质因数约为50.更多关于超顺磁薄膜的微观结构和磁性能信息可参考文献[20].本研究中,样品是c面抛光的硬磁Sr铁氧体块材,铁氧体样品尺寸为1 mm×1 mm×1 mm,晶粒尺寸约1 µm,矫顽力为 2.9 kOe,矩形比为 0.97.在测试之前,铁氧体样品进行了DC退磁,剩余磁矩为零.铁氧体样品的更多磁性能信息可参考文献[16]的支持材料.图3(a)(1—12)是使用交变力磁力显微镜结合Co-GdOx超顺磁探针获得的Sr铁氧体在不同探针和样品之间距离(T-S)的静态磁场同相X图像(ωm信号),T-S从574 nm到8794 nm.这里,X图像不仅可以表示垂直方向静态磁场的强度,也可以表示静态磁场的方向(垂直向上或者向下).在图3(b)中,线扫描结果可以清楚表示出静态磁场的零点位置,也就是静态磁场方向转变的位置,如果正的信号表示静态磁场垂直向上,那么负的信号就表示垂直向下方向.这个线扫描结果表明随T-S增加磁场强度快速降低.当T-S大于3040 nm时,静态磁场已经变得很弱.在8794 nm,静态磁场几乎是零值.静态磁场的方向在一些地方随T-S增加会发生改变,这是因为近表面探针与样品之间的磁力主要来自于样品表面的磁荷,而当增加T-S,这个磁力除了受到样品表面磁荷的作用,也受到样品内部磁荷的作用.图4(a)为一个静态磁场的空间分布示意图.图3(c)(1—12)是一系列动态磁场的振幅R图像在T-S从574 nm到8794 nm.它们和静态磁场(图3(a))同时获得.图3(d)是线扫描结果,动态磁场的振幅随T-S 增加快速降低.最后,这个振幅趋于一个恒定数值.这个恒定数值来自于探针和线圈交流磁场之间的相互作用.当T-S小于1396 nm时,线扫描结果给出翻转晶粒两侧的交流磁场振幅是小于探针和线圈交流磁场之间的作用,这是因为翻转晶粒两侧产生的交流磁场方向是与线圈产生的交流磁场方向相反的(图4(b)).图4(b)为Sr铁氧体中矫顽力较小的晶粒在一个线圈交流磁场周期中磁矩翻转的示意图.图2 (a)100 nm厚Co-GdOx薄膜在室温下20 kOe量程的面内磁滞回线,插图为500 Oe量程的磁滞回线;(b)利用原子力显微镜使用Si探针测试100 nm厚Co-GdOx薄膜的表面形貌结果Fig.2.(a)In plane hysteresis loops of Co-GdOx films with 100 nm thickness at 300 K at the range 20 kOe,and the inset figure is the range of 500 Oe,(b)AFM topography image of Co-GdOx films with 100 nm thickness using Si probe.图3 一系列不同探针和样品距离(T-S)的Sr铁氧体的静态磁场的同相X图像(ωm 信号)(a)和动态磁场振幅R图像(2ωm信号)(c);(b)和(d)是图(a)和(c)在相同位置的线扫描,这里T-S距离从574 nm到8794 nmFig.3.A set of A-MFM in phase X images of ωm signal(a)and the A-MFM amplit ude R images of 2ωm signal(c)of Sr ferrite sample at different distances between tip and sample(T-S)from 574 nm to 8794 nm;(b)and(d)are the line profilesof(a),(c)at the same positions,respectively.图5是图3(b)和图3(d)中位置1,2和3的X图像静态磁场和R图像动态磁场的强度值随探针与样品之间的距离T-S的变化曲线.位置1和2的静态磁场方向是相反的,静态磁场强度随TS的变化可以拟合为y=17.95 exp(—2.78x).位置3的交流磁场随T-S的变化可以拟合为y=15.05 exp(—1.79x)+ 1.45.这里,常数 1.45 是 Co-GdOx超顺磁探针和线圈交流磁场之间的相互作用.从实验上证明了静态和动态磁场随T-S以指数衰减,这与理论计算的结果相一致[21].4 结论交变力磁力显微镜(A-MFM)使用Co-GdOx超顺磁探针可以实现在交流磁场(频率ωm)作用下探测铁氧体磁石的静态和动态磁场.利用锁相环与锁相放大器结合可以探测ωm和2ωm信号,准确地表示出铁氧体磁石的矫顽力大和矫顽力小的区域.通过修改传统的轻敲-抬举扫描模式为一次轻敲多次抬举的扫描模式,A-MFM实现了三维空间的磁场探测.本文证明了在交流磁场作用下样品的静态和动态磁场随探针和样品之间距离z的变化,满足Hz(z)=Hz(0)·exp(—kz).A-MFM 结合超顺磁探针可以研究材料的动态磁化过程,也可以评价材料的磁均匀性(微观结构均匀性).图4 (a)Sr铁氧体的三维静态磁场分布示意图;(b)在线圈交流磁场作用下,Sr铁氧体矫顽力较小的晶粒的磁矩翻转示意图,翻转的频率与线圈交流磁场频率相同,这里线圈交流磁场频率是89 Hz,振幅是800 Oe0-p(零点到峰值的强度)Fig.4.(a)Schematic of 3-D static(DC)magnetic field distribution of Sr ferrite sample;(b)the changed magnetized statement of the grain(a smallcoercivity)of Sr ferrite sample under an external AC magneticfield(frequency is 89 Hz,amplitude is 800 Oe(zero to peak intensity)).图5 图3(b)和图3(d)中位置1,2和3的X图像静态磁场和R图像动态磁场的强度值随探针与样品之间的距离T-S变化曲线Fig.5.The plot of intensity values of A-MFM in phase X images of static(DC)magnetic field with ωm signal and AMFM amplitude R images of dynamic(AC)magnetic field with 2ωm signal versus distance between super paramagnetic tip and Sr ferrite sample on the position 1,position 2 and position 3 in Fig.3(b),(d).参考文献【相关文献】[1]Li Z H,Li X 2014 Acta Phys.Sin. 63 178503 （in Chinese） [李正华,李翔 2014 物理学报 63 178503][2]Shinjo T,OKuno T,Hassdorf R,Shigeto K,Ono T 2000 Science 289 930[3]Schwarz A,Bode M,Wiesendanger R 2007 Scanning Probe Techniques: MFM and SP-MFM(New York: Wiley)[4]Schwarz A,Wiesendanger R 2008 Nano Today 3 28[5]Koblischka M R,Hartmann U 2003 Ultramicroscopy 97 103[6]Liu L W,Dang H G,Sheng W,Wang Y,Cao J W,Bai J M,Wei F L 2013 Chin.Phys.B 22 047503[7]Xue H,Ma Z M,Shi Y B,Tang J,Xue C Y,Liu J,Li Y J 2013 Acta Phys.Sin. 62 180704 （in Chinese） [薛慧,马宗敏,石云波,唐军,薛晨阳,刘俊,李艳君 2013 物理学报 62 180704][8]Jaafar M,Gomez-Herrero J,Gil A,Ares P,Vazquez M,Asenjo A 2009 Ultramicroscopy 109 693[9]Fang Y K,Zhu M G,Guo Y Q,Li W,Han B S 2004 Chin.Phys.Lett. 21 1655[10]Martin Y,Wickramasinghe H K 1987 Appl.Phys.Lett. 50 1455[11]Hartmann U 1999 Annu.Rev.Mater.Sci. 29 53[12]Nenadovic M,Strbac S,Rakocevic Z 2010 Appl.Surf.Sci. 256 1652[13]Obara G,Sakurai T,Ono O 2019 IEEE Trans.Magn. 55 6500504[14]Rice P,Moreland J,Wadas A 1994 J.Appl.Phys. 75 6878[15]Liou S H,Yao Y D 1998 J.Magn.Magn.Mater. 190 130[16]Cao Y Z,Kumar P,Zhao Y,Yoshimura S,Saito H 2018 Appl.Phys.Lett. 112 223103[17]Cao Y Z,Nakayama S,Kumar P,Zhao Y,Kinoshita Y,Yoshimura S,Saito H 2018 Nanotechnology 29 305502[18]Lu W,Li Z H,Hatakeyama K,Egawa G,Yoshimura S,Saito H 2010 Appl.Phys.Lett. 96 143104[19]Li Z H,Hatakeyama K,Egawa G,Yoshimura S,Saito H 2012 Appl.Phys.Lett. 100 222405[20]Cao Y Z,Kumar P,Zhao Y,Suzuki Y,Yoshimura S,Saito H 2018 J.Magn.Magn.Mater. 462 119[21]Schwenk J,Marioni M,Romer S,Joshi N R,Hug H J 2014 Appl.Phys.Lett. 104 112412。
磁性材料磁畴理论课件
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03
通过实验和理论计算，人们发现了一些影响磁畴反转的关键因素，如 温度、磁场、应力等。
04
深入理解磁畴反转机制有助于开发新型磁性材料和器件，并推动磁学 理论的发展。
磁畴计算模拟研究进展
通过建立数学模型和算法，研究者们可以模拟 不同类型磁性材料的磁畴结构和演变过程。
目前，计算模拟已成为磁学领域的重要研究方向之一 ，为新型磁性材料和器件的开发提供了有力支持。
磁性材料磁畴理论课 件
目录
CONTENTS
• 磁畴理论概述 • 磁畴的观测方法 • 磁畴理论的应用 • 磁畴理论的最新研究进展 • 展望与未来研究方向
01 磁畴理论概述
磁畴定义
磁畴：在磁性材料的内部区域，其中 磁矩的取向大致相同，形成一个小的 区域，称为磁畴。
磁畴是磁性材料中自发磁化的基本单 元，具有明显的磁性特征。
。
通过控制材料的成分、结构和 制备工艺，可以实现对磁畴结 构和磁化行为的精细调控，从 而优化磁性材料的性能。
磁畴工程在磁记录、磁传感器 、磁驱动器和磁制冷等领域具 有广泛的应用前景。
磁畴反转机制研究进展
01
磁畴反转是指磁性材料中磁畴的极性产生翻转的现象，是磁学领域的 重要研究课题。
02
近年来，研究者们对磁畴反转机制进行了深入研究，发现其与材料的 微观结构和物理性质密切相关。
磁力显微镜可以观测磁畴的形状、大小、方向和磁畴壁的运动等。
磁畴的X射线衍射观测
X射线衍射技术利用X射线与晶体中 的原子相互作用产生的衍射现象，能 够获得晶体结构的信息。
在磁性材料中，X射线衍射技术可以用 于观测磁畴结构，通过分析衍射图样 可以获得磁畴的晶格结构和取向等信 息。
磁学中的铁磁材料的磁畴结构和磁畴壁研究
磁学中的铁磁材料的磁畴结构和磁畴壁研究引言：磁学是物理学的一个重要分支，研究物质的磁性质及其产生的磁场。
其中，铁磁材料是磁学研究的重要对象之一。
铁磁材料在外加磁场下会形成磁畴结构，而磁畴壁则是磁畴之间的界面。
本文将探讨铁磁材料的磁畴结构和磁畴壁的研究进展。
一、铁磁材料的磁畴结构铁磁材料的磁畴结构是指在无外加磁场时，铁磁材料内部的磁化状态。
磁畴是一种微观尺度的磁化区域，每个磁畴内的磁矩方向相同，但不同磁畴之间的磁矩方向可以不同。
在无外加磁场时，铁磁材料中的磁畴呈现出自发磁化的状态，这是由于材料内部存在着磁各向异性。
二、磁畴壁的研究磁畴壁是相邻磁畴之间的过渡区域，也是铁磁材料中磁畴结构的重要组成部分。
磁畴壁的研究对于理解铁磁材料的磁性质具有重要意义。
1. 磁畴壁的结构磁畴壁的结构可以分为布洛赫型和诺德沃尔型两种。
布洛赫型磁畴壁是指磁畴壁内部的磁化方向与磁畴内部的磁化方向相互垂直，而诺德沃尔型磁畴壁则是指磁畴壁内部的磁化方向与磁畴内部的磁化方向平行。
2. 磁畴壁的性质磁畴壁的宽度是研究磁畴壁性质的重要参数之一。
磁畴壁的宽度决定了磁畴结构的稳定性，宽度越大，磁畴结构越稳定。
此外，磁畴壁的移动速度也是研究的重点之一。
磁畴壁的移动速度与外界条件、材料性质等因素有关，研究磁畴壁的移动速度可以帮助我们了解材料的磁性质。
三、磁畴结构和磁畴壁的应用磁畴结构和磁畴壁的研究不仅仅是学术领域的基础研究，还具有广泛的应用前景。
1. 磁存储器件磁存储器件是利用铁磁材料的磁畴结构和磁畴壁来实现信息的存储和读取。
磁畴壁的移动可以改变磁畴结构，从而实现信息的写入和擦除。
2. 磁传感器磁传感器是利用铁磁材料的磁性质来检测磁场的变化。
磁畴结构和磁畴壁的研究可以帮助我们设计出更加敏感和稳定的磁传感器。
3. 磁性材料的设计和合成磁畴结构和磁畴壁的研究可以为我们设计和合成具有特定磁性质的材料提供指导。
通过调控磁畴结构和磁畴壁的特性，可以实现对材料磁性质的精确控制。
磁性材料的磁畴结构与磁各向异性
磁性材料的磁畴结构与磁各向异性磁性材料是一类能够产生磁性的物质，其磁畴结构与磁各向异性对其磁性能起着关键作用。
本文将详细探讨磁性材料的磁畴结构以及磁各向异性的形成机制，并分析其在磁性材料应用中的重要性。
一、磁畴结构磁畴是指一个区域内的磁性原子或磁性离子的磁矩方向相互一致。
磁性材料中由于各种微观相互作用的影响，磁畴的大小和方向并不均匀。
磁畴结构的形成取决于磁性材料的晶格、磁矩以及温度等因素。
1. 磁畴墙磁畴墙是相邻磁畴之间具有磁矩变化的区域，它是磁畴结构中的重要界面。
磁畴墙可以分为两类：位错型和磁矩旋转型。
位错型磁畴墙是由于晶格缺陷引起的，而磁矩旋转型磁畴墙是由于磁矩方向变化引起的。
位错型磁畴墙在垂直于磁化方向的平面内有垂直的位错线，而磁矩旋转型磁畴墙是由于晶格中磁矩方向发生旋转形成。
2. 磁畴结构的演化磁性材料中的磁畴结构是动态演化的，其演化过程受到外部磁场、温度以及时间等环境条件的影响。
当外部磁场作用于磁性材料时，磁畴结构会发生变化。
例如，在无外场时，磁畴结构可能是无序的或者随机分布的；而在有外场时，磁畴结构会趋于有序化，磁畴的数量和大小也会发生变化。
二、磁各向异性磁各向异性是指磁性材料在不同方向上的磁性能不同。
磁各向异性是由于磁性材料的晶格结构、化学成分以及磁畴结构等因素的相互作用而产生的。
1. 形式各向异性形式各向异性是由于磁性材料的晶格结构对磁化方向的偏好而产生的。
晶格结构中存在着非等向性，从而导致磁性材料在某些方向上的磁化更容易发生。
形式各向异性可以通过优化晶格结构来改善磁性材料的性能。
2. 磁畴各向异性磁畴各向异性是由于磁畴结构中的磁畴墙形状和排列方式不同而产生的。
磁畴的大小和方向对磁性材料的性能有着重要影响。
通过调控磁畴结构，可以改变磁性材料的磁性能。
三、磁畴结构与磁各向异性的应用磁畴结构与磁各向异性在磁性材料的应用中起着重要作用。
例如，在信息存储器件中，磁性材料的磁畴结构和磁各向异性可以影响磁头的读写性能。
11第五章：磁畴理论3
畴壁能外，退磁场能不可忽略（约为单畴球形颗粒的退磁能的一半）。
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R3
R2 1800
9
0
M
2 s
R
3
在临界尺寸时：Ed球 E半
2
9
0
M
2 s
单畴球形颗粒的能量： 单畴颗粒中，磁矩沿易磁化方向平行排列，故Fk最低，且H = 0，σ= 0， 又无交换能问题。
只需考虑退磁场能
Fd
1 2
0
NM
2 s
1 6
0
M
2 s
颗粒的总退磁能
Ed球
FdV
4 3
R
3
Fd
2
9
0
M
2 s
R
3
一、磁晶各向异性能较弱的颗粒的临界半径 这类颗粒在临界尺寸以上时，磁矩沿圆周逐渐改变方向，故需考虑交换
R0
3
R02 1800
9
0
M
2 s
R03
R0
9 1800
0
M
2 s
表达形式与立方晶体单畴相同，但 值不同。
将单畴与非单畴的能量加以比较，从而求得的临界尺寸，实际上是使球 形颗粒保持单畴的最大半径（即临界半径的上限）
估算得到的理论值，虽有实验事实的支持，但并未得到确证，从微磁 学观点来看，其处理方法是不完善的。
dr a
4A S 2
a
R 0
R2 r2 dr r
4A S 2 R
a
ln
磁畴观测方法
磁畴观测方法
磁畴观测方法是一种用于研究磁性材料中磁畴结构和磁畴动力学的技术手段。
在磁性材料中，由于磁矩的相互作用，会形成一些区域，这些区域被称为磁畴。
磁畴的大小和形状受到磁性材料的物理性质和外部条件的影响，因此磁畴观测方法可以帮助研究人员深入了解磁性材料的性能和应用。
目前磁畴观测方法主要包括磁光法、磁力显微镜法、磁力显微成像法和磁散射法等。
其中，磁光法是最早被广泛应用的一种方法，利用磁性材料的磁光效应研究磁畴结构和磁畴动力学。
磁力显微镜法则是利用磁性材料的磁力作用观察磁畴结构和磁畴动力学，这种方法具有高分辨率和高灵敏度的优点。
磁力显微成像法则是通过将磁性材料与扫描探针结合，可以实现磁畴的三维成像。
而磁散射法则是利用磁性材料中磁矩的相互作用散射出的中子和X射线来研究磁畴结构和磁畴动力学。
总之，磁畴观测方法在磁学领域中具有广泛的应用价值，可以为人们深入了解材料的磁性质提供有效的手段。
- 1 -。
材料物理学中的磁畴结构研究
材料物理学中的磁畴结构研究材料物理学中的磁畴结构研究是一个重要的研究领域，涉及到微观结构和宏观性质之间的关系。
在许多材料中，磁畴结构的分布和排列方式对其磁性能和功能起着决定性的影响。
研究不同材料中的磁畴结构可以帮助我们深入了解其性质，并为材料设计和应用提供新的思路。
磁畴是材料中具有相同磁性方向的微观区域。
在磁畴结构中，磁畴之间存在不同的相对方向，而磁畴内部则呈现单一的磁性方向。
通过对磁畴结构的研究，我们可以了解磁畴的尺寸、形状和排列方式如何影响材料的宏观磁性能。
例如，在铁磁材料中，磁畴的尺寸越小，磁相互作用越强，材料的剩余磁化强度也越高。
磁畴结构研究的一个重要工具是磁力显微镜。
磁力显微镜是一种高分辨率显微镜，可以观察到磁畴的分布和形态。
通过磁力显微镜，研究人员可以直观地观察到磁畴的形象，并通过对磁畴的分析，揭示材料的磁畴结构和演化机制。
近年来，有许多研究集中在人工控制磁畴结构方面。
通过在材料中引入合适的微结构和外部磁场，可以实现对磁畴结构的精确控制。
例如，通过在多层薄膜中引入垂直磁各向异性和侧向交换耦合，可以实现垂直颗粒磁畴结构的控制，从而提高磁介质存储器的密度和性能。
除了磁畴结构的控制，研究人员还对磁畴的动力学行为进行了深入研究。
磁畴结构的演化涉及到磁畴的形成和消失，以及磁畴边界的移动和重组等过程。
研究人员利用透射电子显微镜和三维成像技术，对磁畴演化过程进行了实时观察，并提出了一些理论模型来解释磁畴的形成和演化机制。
磁畴结构不仅在铁磁材料中起作用，在其他材料中也具有重要地位。
例如，在自旋玻璃和自旋液体中，磁畴结构的研究对理解这些材料的弛豫和相变行为至关重要。
此外，磁畴结构的研究还有助于发展新型的磁性材料和器件。
例如，在自旋电子学中，研究人员利用自旋波和磁畴结构来设计新型的逻辑门和存储器件。
总的来说，材料物理学中的磁畴结构研究是一个广泛而深入的研究领域。
通过对不同材料中的磁畴结构进行研究，我们可以深入了解材料的磁性质，并为材料设计和应用提供新的思路。
NdFeB纳米复合磁体的微观结构和磁畴结构显微分析
Ti-15-3合金热机械处理的显微结构强化Ti-15-3合金的机械处理方法有两类。
一类方法以细化β基体晶粒为目的，先对合金进行深冷加工，然后进行β相区再结晶退火。
另一类方法是在β基体组织获得具有细小均匀弥散分布的沉淀相。
固溶时效工艺是获得细α沉淀相的最基本方法。
为进一步改善α沉淀相结构，需要向β基体内引入高密度的形核质点。
固溶时效态的显微组织与晶体结构。
在673K~Tβ(1023K)高温时效时，α相优先在β晶界析出，随后在晶内析出。
晶内析出的α相呈板条状，它与β基体满足柏格斯位向关系：(0001)α∥(110)β，[1120]∥[111]β, [1100]α∥(112)β。
板条状α的板面惯习面接近(111)β，在573K~ 673K低温时效时，β晶粒内形成了团聚α。
团聚α是由先期的等温ω相形核并在β晶内均匀形成的细小α沉淀相组成。
团聚α中细小片状α具有伯格斯关系的孪生变体。
高温时效的板条状α与低温时效的片状α具有相同的晶体学特征，两者本质上是相同的。
β态合金经变形与时效处理后的显微结构与机械性能表明，变形使β晶粒内产生了粗大的二维滑移带。
滑移带中的位错成为α相的形核质点，时效时增强了α相析出的动力。
在973K以下温度时效，α相的析出快，β相回复不完全，没有β亚晶结构形成。
在973K以上时效时，尤其是当冷变形量很大或初始β晶粒细小时，在α相析出前发生局部β再结晶，导致合金晶粒粗大和α相的不均匀分布。
经冷变形与时效后的合金表现出高的强度、低的塑性。
冷变形合金在时效前，经过β相变点以上短时退火，获得具有细小β亚晶结构的完全回复组织。
随后再时效，α相在β亚晶界形核长大，相对冷变形后直接时效而言，形成了更多α变体，从而改善了合金强度-塑性的平衡。
经冷变形+β回复处理+时效的合金，具有高的强度(~1.9GPa)和良好塑性(~10%的延伸率)。
其强度可以与变形时效态的合金相媲美，而且其延伸率相对固溶时效态合金有所提高。
课件11第五章：磁畴理论 3
在同一晶粒内，各磁畴的磁化方向有一定关系，但在不 同晶粒之间由于易磁化轴方向的不同，磁畴的磁化方向就 没有一定的关系。就整块材料而言，磁畴有各种方向，材 料对外显示各向同性。 多晶体中磁畴结构的稳定状态是相邻晶粒中磁畴取向尽 可能使晶界面上少出现自由磁荷，使退磁场能极小（如 图）。由图可见：跨过晶粒边界时，磁化方向虽转了一个 角度，磁力线大多仍是连续的，这样晶粒边界上出现的磁 极少。 当晶界面上退磁场能足够高时，会形成一定大小的锲 形附加畴。
即当尺寸超过临界尺寸时，整个多畴的球形晶体居然不能容纳一个畴壁！原因 就在于磁畴和畴壁的概念都是从大块材料中得来的，在单畴颗粒的计算中原则 上不合适，要采用微磁学理论来处理。
布朗（Brown）根据微磁学原理严格计算了临界半径，认为球形颗粒 半径只要小于Rc1，则单畴就是能量最低的状态，即R < Rc1的粒子一定是单 畴。布朗将Rc1称为临界尺寸的下限。
2
dr 4AS 2 R R 2 r 2 E球 E柱 dn E柱 dr 0 0 a a r 4AS 2 R 2 R ln 1 a a 在临界半径时，有 Ed E球，即：
R 2 AS 4R0 2 3 0 M s2 R0 9 a
∴要将畴壁从横跨参杂物或空隙位置挪开必须外磁场做功 ∴材料总参杂物或空隙越多，畴壁磁化越困难，材料磁导率μ越低（比如铁氧 体的μ很大程度上取决于内部结构的均匀性、参杂物与空隙的多少）。
2、应力的分布对磁畴结构的影响 Ms 的取向取决于(Fk+Fσ)的极小值，故Ms的分布将随应力的分布不同而变化。 由此导致晶体内部产生磁极或退磁场，从而引起磁畴结构的改变。 1)、均匀应力的影响
N
S
N N N
畴壁经过参杂物或空隙 畴壁在参杂物或空隙附近 2 2 退磁场能： E d半 0.46 0 M s2 R 3 E d球 0 M s2 R 3 9 9 畴壁面积 S1 (被杂质占据一部分） S 2
磁性材料的微观结构研究
磁性材料的微观结构研究磁性材料在生产和科学研究中具有广泛的应用。
磁铁、电动机、传感器和存储设备等都离不开磁性材料的应用。
磁性材料的性能与其微观结构密切相关，因此对其微观结构的研究具有重要意义。
本文将探讨磁性材料的微观结构研究。
首先，我们需要了解什么是磁性材料的微观结构。
磁性材料的微观结构是指材料中微小的磁性域、磁畴、晶格结构等。
磁性材料一般由许多微小的磁性域组成，这些磁性域中的自旋在没有外加磁场时呈现无序状态。
当外加磁场作用于磁性材料时，这些磁性域会进行有序排列，形成一个整体的磁化状态。
磁性材料的微观结构研究主要通过一些物理实验和分析方法来进行。
其中，最常用的方法是磁化曲线和磁光现象的研究。
磁化曲线实验可以通过测量外加磁场和样品之间的关系来了解材料的磁化过程。
而磁光现象则是利用通过磁性材料的光透过性的变化来观察材料的微观结构。
磁性材料的微观结构研究对于提高材料的性能和开发新型材料具有重要作用。
通过研究材料的微观结构，我们可以深入了解材料的磁化机制，进而改进材料的制备和处理方法，以提高材料的磁化强度和稳定性。
另外，磁性材料的微观结构研究还可帮助我们预测材料的性能和行为，从而引导材料设计和应用。
在磁性材料的微观结构研究中，一个关键问题是如何观察并分析微观结构。
传统的方法是使用显微镜观察样品的晶格结构和磁畴结构。
然而，这些方法只能提供样品表面的信息，并且无法观察到材料的三维结构。
近年来，随着扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等技术的发展，我们能够以更高的分辨率观察材料的微观结构。
同时，原子力显微镜（AFM）和磁力显微镜（MFM）等技术的应用，也使得我们能够在纳米尺度上研究材料的微观结构。
除了实验手段，理论计算在磁性材料的微观结构研究中也发挥着重要的作用。
通过建立合适的模型和计算方法，我们能够预测和解释材料的磁性行为。
例如，微观自旋模型、Monte Carlo模拟和分子动力学模拟等方法可以帮助我们模拟和探索材料的磁性行为。
磁性材料的磁结构_磁畴结构和拓扑磁结构_张志东
图7
从一个刺猬球到一个斯格米子组态 [17]
图5
磁泡的自旋分布图 [15]
图8 (a) 拓扑荷为 1 的磁泡;
静态斯格米子的拓扑密度分布 [9]
(b) 拓扑荷为 0 的磁泡
磁畴结构处于介观层次, 是沟通微观世界和宏 观世界的桥梁. 而拓扑磁结构的研究将磁性材料 的性能与物质的拓扑结构相关联. 一方面, 可以揭 示物质的磁性的本质, 从数学、 拓扑学的角度分析 问题; 另一方面, 可以与其他物理系统出现的物理 现象联系, 促进物理学不同学科之间的交叉, 甚至 是与其他学科的交叉, 有助于从一个统一的角度获
斯 格 米 子 由 Tony Skyrme 设 想 出 来 与 重 子 (baryons) 有 关 的 粒 子 [16] , 包 括 重 子 与 共 振 态 的 叠加. 这种称为斯格米子的准粒子是非线性 sigma 模 型 的 一 个 非 平 庸 经 典 解, 是 一 种 拓 扑 孤 立 子. 人们发现在不同的领域 (包括在经典液体、液晶、 玻色 - 爱因斯坦凝聚、 量子霍尔磁体) 存在斯格米
着 tFe 的增大, 它们开始聚集并形成复杂的拉长的 岛状. 他们认为在 Fe 层上形成这种非常小的单元 的机制是下层 FeRh-Ir 反铁磁层的精细磁结构决定 的, 也就是说它的台阶边沿和螺形位错中过多的磁 荷导致的. Bolte 等 [20] 研究了多畴结构对各种厚度的矩 形坡莫合金微结构的磁电阻的影响. 可逆和不可逆 的磁化反转导致复杂的各向异性磁电阻信号. 通过 比较各种厚度薄膜的磁输运测量、 微磁学模拟和磁 力显微镜结果, 可以正确地把磁组态间的相变和观 察到的磁电阻改变联系起来. Portmann 等 [21] 报道在磁化方向垂直铁薄膜 表面的样品中存在低温时比高温时具有更高对称 性相的逆相变效应. 这些薄膜的磁化方向不是均一 的, 而是形成反向垂直磁化的条形畴. 从扫描电子 显微镜成像上, Portmann 等发现当温度升高, 低温 下的条纹畴结构会转变为具有更高对称性的迷宫 结构. 然而, 在更高温度但在磁有序消失前, 低对 称的条纹畴结构会重新出现. 这是第一次报道这种 相变顺序和驱动它的微观不稳定性. 图 9 显示铁薄 膜表面的磁畴结构随厚度的变化与随温度变化的 规律相似, 所以可以把铁薄膜的尺寸效应视为有效 温度.
磁性材料中的磁畴结构与磁性行为研究
磁性材料中的磁畴结构与磁性行为研究磁性材料一直以来都备受研究者的关注，其丰富的磁性行为为科学家提供了广阔的研究领域。
其中，磁畴结构与磁性行为之间的关系一直是一个备受争议的话题。
本文将探讨磁性材料中的磁畴结构对其磁性行为的影响。
磁畴是指具有相同磁性方向的区域，而磁畴结构则描述了这些磁畴的排列方式。
在一个磁性材料中，有许多磁畴并存于其中。
这些磁畴的大小、形状和排列方式会直接影响磁性材料的整体磁性行为。
首先，磁畴结构与磁性行为的关系在铁磁材料中得到了广泛研究。
在一个均匀的铁磁晶体中，磁畴结构呈现出高度有序的排列方式。
然而，由于外界的影响，如磁场或温度的变化，磁畴结构可能会发生改变。
例如，在外磁场的作用下，磁畴结构可以重新排列，磁畴的大小也会发生变化。
这种外界引起的磁畴结构的改变直接影响了铁磁材料的磁性行为，如磁矩的激发和重新排列。
因此，研究磁畴结构对于理解铁磁材料的磁性行为至关重要。
除了铁磁材料，亚铁磁材料也是一个研究的热点。
亚铁磁材料具有较低的磁矩，且存在着复杂的磁畴结构。
磁畴结构的复杂性可以通过高分辨率的磁力显微镜进行观测和分析。
研究发现，在亚铁磁材料中，磁畴结构呈现出多种形式，如螺旋磁畴结构和闭合环磁畴结构。
这些特殊的磁畴结构直接影响了亚铁磁材料的磁性行为，如磁化率的变化和磁滞回线的形状变化。
因此，研究亚铁磁材料中的磁畴结构对于理解其磁性行为具有重要意义。
除了铁磁和亚铁磁材料，反铁磁材料是另一类备受关注的材料。
反铁磁材料的磁畴结构通常表现为磁畴墙。
磁畴墙是相邻磁畴之间的过渡区域，其内部的磁化方向在垂直于材料表面的方向上发生变化。
磁畴墙的存在可以降低反铁磁材料的磁矩，并影响其磁性行为，如居里温度的变化和磁性相变的发生。
因此，研究反铁磁材料中的磁畴结构是理解其磁性行为的重要途径。
总之，磁性材料中的磁畴结构与磁性行为之间存在着密切的关系。
磁畴结构的改变直接影响磁性材料的磁化过程和磁性相变的发生。
通过对磁畴结构的研究，可以深入了解磁性材料的性质和行为，为其在磁性存储、磁传感器和自旋电子学等领域的应用提供理论指导和实验依据。
微观磁学与磁性材料的研究
微观磁学与磁性材料的研究在当今科学技术的发展中，磁性材料的研究已经成为一个重要的领域。
随着人们对纳米技术的进一步探索和应用，微观磁学的研究也逐渐受到了科学家们的关注。
微观磁学主要研究的是材料的微观磁性结构及其在磁场作用下的行为。
微观磁学研究的对象主要是磁性材料中的微观结构和微观性质。
这些磁性材料包括铁磁材料、铁磁材料、交换耦合体系、软磁材料等。
通过对这些材料的研究，人们可以揭示材料的磁相互作用、磁畴结构、磁滞回线等方面的特性。
微观磁学的研究方法主要包括磁力显微镜、磁探针、磁角度分辨光电子能谱等。
磁力显微镜是一种用于观察和测量磁场分布的仪器，可以直接观察到磁场在材料中的分布状况。
磁探针则是通过探测磁场强度来了解材料的磁性质。
而磁角度分辨光电子能谱则是通过测量光电子的角度和能量来研究材料的电子结构和磁性。
微观磁学的研究对于磁性材料的应用具有重要的意义。
首先，它可以帮助人们深入了解材料的磁性质，从而更好地设计和合成新的磁性材料。
其次，微观磁学可以揭示材料中的磁微观结构，从而为材料的性能改进提供有效的指导。
此外，通过微观磁学的研究，人们还可以发现新的物理现象和规律，从而推动磁学领域的进一步发展。
磁性材料的微观磁学研究不仅可以帮助人们深入了解材料的磁性质，还可以探索材料的潜在应用。
例如，铁磁材料在电子器件、传感器、储能材料等领域有着广泛的应用。
通过对铁磁材料的微观磁学研究，人们可以了解材料的磁畴结构和磁滞回线特性，从而更好地优化材料的性能。
类似地，对软磁材料的微观磁学研究可以帮助人们改进材料的磁导率、铁损等性能指标，从而使软磁材料更好地应用于电力变压器、电机等领域。
除了对材料的微观磁结构和性质的研究外，微观磁学的研究还涉及材料的微观动力学过程。
磁快速热化是一种通过磁场作用来改变材料磁性质的方法。
通过快速热化，人们可以调控材料的磁畴结构和磁性能，从而实现材料的快速磁化和快速磁变。
这对于磁存储器件、磁传感器等磁性器件的开发具有重要意义。
磁力显微镜磁畴结构
磁力显微镜磁畴结构
镍铁--Nanosurf®公司环路滤波器的应用注释00286号
磁畴结构与镍铁导磁合金环相连接。
通过标准电子束刻蚀技术对样品制备。
当连接环形成抽结构模式的时候，漩涡能够在单环中形成。
该测量显示了连接镍铁环模式的磁力显微镜的成像，环直径5μm，厚度25纳米。
扫描范围10μm x 10μm;z-刻度1.1Hz
测量和图片由X. Zhu, P. Grutter（麦吉尔），V. Metlushko （芝加哥伊利诺州大学), B. Ilic(康奈尔)提供。
测量工具：环路滤波器应用领域：材料科学
其他物理学
新材料
精密机械加工
Nanosurf公司的地址和联系方式：
2125 Center Avenue, Suite 507Fort Lee, NJ 07024 / USA Phone: 201-720-2829
Fax: 201-302-6062
Nanosurf公司总代理：
Grammetstrasse 14CH-4410 Liestal / Switzerland Phone: +41-61-927 56 46
Fax: +41-61-927 56 47。
第3-2讲+磁性-磁畴与技术磁化
rab
b
b
个电子轨道，抅成反铁磁耦合
a
b
铁磁相互作用
实验事实：铁磁性物质在居里温度以上是顺磁性；居里温度以下
原子磁矩间的相互作用能大于热振动能，显现铁磁性。 这个相互作用是什么？首先要估计这个相互作用有多
强。铁的原子磁矩为2.2MB=2.2x1.17x10-29，居里温度为103度，
而热运动能kT=1.38x10-23x103。假定这个作用等同一个磁场的作 用，设为Hm，那么
2um x 2um
500nm x 500nm
四、磁致伸缩
Fd H d dJ 0 H d dM
0 0
J
M
对于均匀材料制成的椭球样品，容易得出;
Fd 0
M
0
1 NMdM 0 NM 2 2
N 是磁化方向的退磁因子。对于非球形样品，沿不同方向磁 化时退磁场能大小不同，这种由形状造成的退磁场能随磁化 方向的变化，通常也称形状各向异性能。退磁能的存在是自
不同的磁畴方向不同，两磁畴间的区域就
称为磁畴壁 。
MFM: NG-HD
表面形貌图
Topography
表面磁力图
MFM Phase
Bit size: 150× 30nm
为什么会产生自发磁化?
• 自发磁化:在未加外磁场时,铁磁金属内部 的自旋磁矩已经自发地排向了同一方向的 现象. • “交换”作用: 直接交换作用：金属磁性材料 超交换作用：氧化物
在某些材料中过渡金属离子不是直接接触，直接接触交换 作用很小，只有通过中间负离子氧起作用。 在尖晶石结构中实际上存在A-A，B-B，A-B三种可能位置. 因而存在三种交换作用。由于各种原因，这些化合物中 只有其中的一种超交换作用占优势。
第27讲8-7磁畴结构畴壁
42
铁磁质单晶体磁化过程
H
43
铁磁质单晶体磁化过程
H
44
铁磁质单晶体磁化过程
H
45
铁磁质单晶体磁化过程
H
46
铁磁质单晶体磁化过程
H
47
铁磁质单晶体磁化过程
H
48
铁磁质单晶体磁化过程
H
49
铁磁质单晶体磁化过程
H
50
铁磁质单晶体磁化过程
H
51
铁磁质单晶体磁化过程
H
52
铁磁质单晶体磁化过程
第八章 磁性物理
本章提要
在其他章节中，对物质的导电性能等进行 了介绍。本章将介绍物质的磁性。着重介绍物 质的磁性来源，原子磁矩的计算，各种材料中 原子磁矩的计算原则。进一步介绍物质磁性的 分类，抗磁性概念，顺磁性的居里外斯定理， 铁磁性的分子场理论，物质铁磁性的来源，亚 铁磁性的超交换理论。也介绍了铁磁性物质内 部的能量和磁畴的形成。
以使磁场增强102 ~ 104倍。
3. 有剩磁、磁饱和及磁滞现象。 4.温度超过居里点时，铁磁质转变为顺 磁质。
55
软磁材料
特点：磁导率大，矫顽力小，容易磁化 也容易退磁。磁滞回线包围面积小，磁滞损 耗小。 应用：硅钢片，作变压器、电机、电磁 铁的铁芯。铁氧 B 体（非金属）作 高频线圈的磁芯 H 材料。
72
图8-18空洞（a）掺杂（b）和晶界（c）对 磁畴结构的影响 73
3.单畴结构
铁磁体的块度对磁畴结构也有很大影响。 如果材料的线度非常小，以至材料形成单畴 时的退磁能小于形成多畴时的畴壁能，磁性 材料就以单畴存在
74
一个半径为R的立方单晶体结构的球。
设磁晶各向异性常数K1>0，λs和应力σ可以忽 略。 情况(a)：4块封闭畴结构
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磁力xx磁畴结构
镍铁--Nanosurf®公司环路滤波器的应用注释00286号磁畴结构与镍铁导磁合金环相连接。
通过标准电子束刻蚀技术对样品制备。
当连接环形成抽结构模式的时候，漩涡能够在单环中形成。
该测量显示了连接镍铁环模式的磁力显微镜的成像，环直径5μm，厚度25纳米。
扫描范围10μm x 10μm;z-刻度
1.1Hz
测量和图片由X. Zhu, P. Grutter（麦吉尔），V. Metlushko（芝加哥伊利诺州大学),
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