磁畴结构
磁畴结构
一.畴壁及畴壁分类： 畴壁及畴壁分类 壁的结构和畴壁能： 二.Bloch壁的结构和畴壁能 壁的结构和畴壁能 壁的结构和畴壁能： 三.Neel壁的结构和畴壁能： 壁的结构和畴壁能 四.十字壁 五.畴壁的动态性质 在讨论磁畴结构之前，我们先分析畴壁的性质，因为 畴壁的性质往往影响着磁畴的结构。 畴壁的性质往往影响着磁畴的结构
磁晶各向异性能平均密度可以近似表示为： γ k ≈ K1 Na δ＝Na 为畴壁厚度，畴壁能密度为 π2 γ = γ ex + γ k ≈ AS 2 2 + K1 Na Na 求能量极小值的条件
∂γ AS π = − 2 2 + K1a = 0 a N ∂N
2 2
得到： N = S Aπ3 = Sπ A a K1a K1a
比较严格的采用变分法给出1800Bloch壁计算结果是：
z=
A1 ∫
θ
0
dθ f (θ )
2
这里： Fk = f (θ )
π
γ = 2 A1
−
∫π
2
f (θ )dθ
A1 =
ξ AS 2
a
见姜书P244 见姜书
六角晶系单轴各向异性： 六角晶系单轴各向异性
转角曲线，中间快 δ
Fk ≐ K1 sin 2 θ
立方晶系，易磁向〈100〉 立方晶系，易磁向〈100〉
畴
180畴壁 畴壁
180壁 180壁 和90壁 90壁
90壁
立方晶系,易磁向 立方晶系 易磁向〈111〉，有180壁 ，71壁和109壁 易磁向
71 °
109° °
二. Bloch壁的结构特性和畴壁能 壁的结构特性和畴壁能
磁性材料中的磁畴结构与磁各向异性研究
磁性材料中的磁畴结构与磁各向异性研究磁性材料是一类具有重要应用价值的材料，在电子、通信、医疗等领域都有广泛的应用。
而磁性材料中的磁畴结构与磁各向异性则是决定其性能与应用的重要因素。
本文将围绕磁畴结构与磁各向异性进行探讨，并介绍当前研究的进展。
首先，了解磁畴结构是理解磁性材料中磁性行为的基础。
在磁性材料中，存在着许多微小的区域，称为磁畴。
每个磁畴具有相同的磁矩方向，而不同磁畴之间的磁矩方向可以各不相同。
通过研究磁畴的结构和演变过程，我们能够了解材料的磁性转变机制。
传统的磁畴模型主要有Weiss磁畴模型、Néel磁畴模型和Bloch磁畴模型。
这些模型描述了不同材料中的磁畴形态，从而帮助人们理解磁性材料的磁性行为。
在磁畴结构的研究中，一直存在一个重要问题，即磁畴的尺寸。
由于磁畴一般非常小，直接观测磁畴非常困难。
因此，研究者们利用各种分析方法来间接探测磁畴的结构和演变规律。
例如，通过X射线和中子衍射技术，可以了解材料中的磁畴形态和尺寸分布。
此外，高分辨率的透射电子显微镜（TEM）也常用于磁畴结构的研究中。
这些技术的发展为我们深入了解磁畴结构提供了有效手段。
磁各向异性是磁性材料中另一个重要的性质。
它是指材料在不同方向上对磁场的响应差异。
磁各向异性的存在使得磁性材料具有特定的磁畴结构，并表现出不同的磁性行为。
磁各向异性通常由晶体结构和磁畴结构之间的相互作用决定。
目前，磁各向异性的研究主要集中在两个方面：一是探索磁各向异性的机制，二是开发能够实现调控磁性材料磁各向异性的方法。
在磁各向异性的机制研究方面，研究者们提出了许多理论模型。
最为常见的是磁晶各向异性模型，该模型认为晶格中存在一些偏压场，使得材料在特定方向上具有更高的磁化强度。
此外，还有自旋轨道各向异性模型，它考虑了自旋和轨道运动之间的相互作用。
这些理论模型帮助我们理解磁各向异性的来源和本质。
为了实现对磁各向异性的调控，研究者们开发了许多方法。
一个常用的方法是控制材料的微观结构和组成。
磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构
2020.01科学技术创新磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构王薪皓（上海宝钢磁业有限公司，上海201900）磁性材料在我们生活的很多层面随处可见，所以今后科学研究的重点应该始终放在强化磁性材料性能方面上来。
通过我们对磁性材料进行进一步的了解和分析，就性能来讲分为内禀磁性和技术磁性能，这两种性能与温度、饱和度以及其他因素密切相关。
与此同时，磁结构和材料中的晶体结构具有相当密切的联系，其中晶体结构的对称性和它相同，但是通常状况下受到其自身特点的影响对出现新的磁对称性。
晶体结构、磁性相互作用、自旋磁矩等都会对磁结构造成不同程度的影响，而不同的磁性包含不同的类型，存在不同的表现形式，并且能够和晶体结构融合成为种类多样的磁结构。
再者，技术磁性能包括剩余磁化强度、矫顽力、最大磁能积、温度系数等内容，材料的内禀磁性控制技术磁性能，还受微观结构的影响。
而磁性能的影响因素还包含了材料的尺寸、形状,晶粒大小、晶界、缺陷以及第二相等因素。
随着科学技术的不断发展，在20世纪出现了重大的科研成果，尤其是量子力学研究结果的问世，消除了大家对以往自然界认知的误解，与此同时也加深了人们对磁性发展的理解。
20世纪磁学领域的重大发现就是自发磁化的量子力学理解和磁畴结构的发现。
量子力学的理论研究使得人们对微观磁性的探索更加深入。
然而，由于磁畴构造具有自身的独特性，受到内禀结构以及微观结构的影响，存在很多复杂的构造，加大了相关人员研究的难度。
鉴于它的重要性，相关人员已经展开深入的认识和调研，但是对其探索的层面还是远远不够的，国内已有的磁畴构造研究成果还尚未深入到实践方面，且对磁结构、磁畴结构和磁性能的探究仍停留在一定的水平。
磁畴结构是铁磁质的重要组成因素，主要用来说明铁磁质的磁化机理。
受到排列方式的影响，如果铁磁体产生磁化就具备磁性。
虽然磁畴中的原子磁矩各个各的效能，但从方向来讲具有强烈的一致性。
磁畴结构从里向外包含多种因素，磁畴的边界、内部构造以及磁畴壁。
磁场对磁性材料的磁畴结构的影响
磁场对磁性材料的磁畴结构的影响磁性材料是能够产生和响应磁场的材料，其磁性质受到外界磁场的影响。
在磁性材料中存在着微观的磁畴结构，磁场对这些磁畴的形成和变化有着重要的影响。
本文将详细探讨磁场对磁性材料磁畴结构的影响，包括磁畴的形成、磁畴壁的移动以及磁畴结构的变化。
1. 磁畴的形成磁畴是指磁性材料中由一组具有相同磁化方向的微观区域组成的结构，每个磁畴内的磁化方向是一致的，但不同磁畴之间的磁化方向则可以不同。
在无外界磁场存在时，磁畴一般呈无规则的排列状态，各磁畴的磁化方向也是随机的。
然而，当施加外界磁场时，磁性材料中的磁畴结构会发生变化。
外界磁场会对磁性材料中的磁畴进行重新排列，并促使磁畴内的磁向尽可能地对齐于磁场方向。
随着外界磁场的增强，原本无序排列的磁畴会逐渐合并，形成更大的磁畴。
而当磁场强度超过一定阈值时，整个磁性材料将呈现出单一的磁畴结构，即全磁化状态。
2. 磁畴壁的移动磁畴壁是分隔不同磁畴的区域，其中磁化方向会发生突变。
在外界磁场的作用下，磁畴壁会随着磁场方向的变化而发生移动。
当外界磁场的方向改变时，由于磁畴内磁化方向对齐于磁场方向的力，磁畴壁会移动到磁畴的另一侧，以适应新的磁场方向。
磁畴壁的移动涉及到磁性材料中的磁动力学过程，它对材料磁性质的转变和快速磁化反应起到了重要作用。
磁畴壁的移动速度受到外界磁场强度的影响，较强的外界磁场可以加速磁畴壁的移动和转变，从而影响磁性材料的整体磁性能。
3. 磁畴结构的变化除了磁畴的形成和磁畴壁的移动外，外界磁场还可以改变磁性材料中磁畴的尺寸和分布，导致磁畴结构的变化。
在强外界磁场的作用下，磁性材料中的磁畴可以缩小，形成更多的小磁畴。
这种变化可以提高材料的饱和磁化强度和磁导率，使得材料表现出更好的磁性能。
此外，外界磁场的方向和大小也会影响磁性材料中的磁畴结构。
磁场方向与磁畴壁的夹角越小，磁畴结构的变化越剧烈。
而磁场的强度增加则会加速磁畴壁的移动和磁畴的变化。
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。
磁畴结构畴壁课件
磁畴结构与畴壁的实验研究
磁畴结构的观测技术
发展先进的显微观测技术，如原子力显 微镜、磁力显微镜等，实现对磁畴结构 和畴壁的直接观察，验证理论预测。
VS
畴壁的操纵和控制
研究如何通过外部磁场、电流或温度等手 段实现对畴壁的精确操纵和控制，为磁畴 结构的应用提供实验基础。
磁畴结构与畴壁的应用前景
磁存储和逻辑器件
磁畴结构的尺寸通常在微米或 亚微米量级，不同磁畴之间存 在畴壁分隔。
磁畴结构的稳定性决定了磁性 材料的磁学性质和磁行为。
磁畴结构的形成
磁畴结构是在磁性材料冷却过程中形成的，自发的磁化过程导致磁畴的形成。 磁畴结构的形成与原子间的相互作用、晶体结构、温度和磁场等条件密切相关。
随着温度的降低，原子间的交换作用增强，导致磁矩的取向逐渐趋于一致，形成磁畴。
PART 03
磁畴结构与磁畴壁的关系
磁畴结构对磁畴壁的影响
磁畴结构决定了磁畴壁的形成和分布
在磁性材料中，磁畴结构是指磁性原子或分子的不同磁化方向区域，而磁畴壁则是这些区域之间的边界。不同的 磁畴结构会导致磁畴壁以不同的方式形成和分布。
磁畴结构影响磁畴壁的稳定性
在某些磁畴结构中，磁畴壁可能更稳定，而在其他结构中则可能不太稳定。这会影响磁畴壁的动态行为和稳定性， 从而影响磁性材料的磁学性质。
利用磁畴结构和畴壁的特性，开 发高密度、高速的磁存储和逻辑 器件，满足信息技术领域对高性 能存储和计算的需求。
磁场传感和检测
利用磁畴结构和畴壁对磁场的敏 感特性，开发高灵敏度、高分辨 率的磁场传感和检测技术，应用 于地球物理学、生物学等领域。
PART 05
磁畴结构与畴壁的研究前 景
磁畴结构与畴壁的理论研究
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。
磁畴的种类
磁畴的种类磁畴是指在磁性材料中，由于自旋相互作用和外加磁场的影响，使得材料中出现的具有统一方向的自发磁化区域。
这些区域内部的自旋方向基本相同，而不同区域之间的自旋方向则可能不同。
在磁性材料中，存在着多种类型的磁畴。
一、单畴单畴是指一个完整的、具有统一方向的自发磁化区域。
它通常呈圆形或椭圆形，并且大小可以从几纳米到几微米不等。
单畴之间可能会有边界，这些边界通常是由于晶格缺陷或者杂质引起的。
二、多畴多畴是指由多个单畴组成的结构。
这些单畴之间可能存在不同类型的边界，例如墙壁、峰顶和谷底等。
多畴结构可以分为两类：正交型和斜型。
正交型多畴通常呈正方形或长方形，并且其边界与晶格轴平行或垂直；而斜型多畴则呈斜方形或菱形。
三、双层异向异相结构双层异向异相结构是指由两个单畴组成的结构，这两个单畴的磁化方向相反。
在这种结构中，两个单畴之间通常存在一个边界，这个边界叫做Bloch墙。
Bloch墙是一种宽度很小的区域，在这个区域内，磁畴的磁化方向会逐渐旋转，直到达到另一个单畴的磁化方向。
四、三层异相异向结构三层异相异向结构是指由三个单畴组成的结构。
其中两个单畴的磁化方向相同，而第三个单畴的磁化方向与前两者相反。
在这种结构中，第三个单畴通常位于前两者之间，并且它们之间可能存在Bloch墙。
五、交错型多层膜交错型多层膜是一种由多层不同材料组成的薄膜，在这种薄膜中，每一层都具有不同的自发磁化方向。
交错型多层膜通常用于制造高密度存储器件和传感器等应用。
六、纳米线和纳米粒子纳米线和纳米粒子是指尺寸在几十到几百纳米的微小磁性结构。
这些结构通常具有单一的自发磁化方向，并且可以用于制造高密度存储器件和传感器等应用。
总之，磁畴是磁性材料中的一种重要结构，其种类多样。
不同类型的磁畴在磁性材料中起着不同的作用，对于我们理解和应用磁性材料具有重要意义。
磁性材料的微观结构与磁性性能
磁性材料的微观结构与磁性性能磁性材料是一类非常重要的功能性材料，广泛应用于电子、信息、医学等领域。
了解磁性材料的微观结构与磁性性能之间的关系对于设计和合成新型磁性材料具有重要意义。
本文将从磁性材料的微观结构和磁性性能两个方面进行论述。
一、磁性材料的微观结构磁性材料的微观结构主要包括晶体结构和磁畴结构两个方面。
晶体结构是磁性材料的基本组织单元。
晶体结构的对称性和晶格参数决定了磁性材料的一些基本特性。
例如，铁磁材料的晶体结构通常是体心立方晶格，而铁氧体则是面心立方晶格。
晶体结构的不同可以导致不同的原子间距和原子位置的排列方式，进而影响磁性材料的磁性性能。
磁畴结构是磁性材料中磁性原子排列的集体行为。
磁畴是一组有序排列的相邻磁性原子，彼此具有相同的磁矩方向。
磁畴通常具有一定的大小和形状，且在无外加磁场的情况下磁性材料会分化成多个磁畴。
在铁磁材料中，磁畴的形成是由于自发磁化的存在。
而在顺磁材料中，则是由外加磁场引起的。
二、磁性材料的磁性性能磁性材料的磁性性能包括饱和磁化强度、居里温度、剩余磁化强度等。
饱和磁化强度是指磁性材料在饱和状态下磁化的最大电流强度。
饱和磁化强度越高，表示材料在外加磁场下更容易实现饱和磁化，具有更高的磁化能力。
居里温度是指磁性材料由铁磁性向顺磁性转变的温度。
居里温度越高，表示材料在高温下仍能保持铁磁性，具有较好的磁性稳定性。
剩余磁化强度是指磁性材料在去除外加磁场后仍保留的磁化强度。
剩余磁化强度的大小与材料的磁畴结构有关，磁畴间的相互作用对剩余磁化强度起到重要影响。
三、微观结构与磁性性能的关系磁性材料的微观结构直接影响磁性材料的磁性性能。
首先，晶体结构的对称性和晶格参数决定了磁性材料的磁矩间相互作用方式。
例如，铁磁材料的晶体结构的体心立方晶格，使得磁矩更容易在晶格间跳跃，从而增强了磁性材料的磁性。
其次，磁畴结构的形成和演化直接决定了磁性材料的磁性性能。
磁畴之间的相互作用可以通过磁畴壁的移动和转变来改变。
第8章-磁畴结构的各种因素
g (
)
2
A
1
2 z2
用 同 时乘以上式的两边，并对z从
z 到 积分，zz
z
z g ( ) dz
z
z
2
A
1
2 z2
dz z
z g ( )
z 2
z
dz
2 A1
z 2
dz z
因为 z 时 g ( ) 0 , 0
z
g (
)
A
1(
z
)2
，得
例，180畴壁。在畴壁内部相邻两原子层之间的原子磁 矩转过角度 a 。畴壁中相邻原子层的两个原子间的
z
交换能为
E ex
AS
2 2
AS
2a 2( )2 z
对于简单立方晶体，每单位体积的原子个数为1/a3，
因此单位体积内的交换能
1 a3
E
ex
AS a
2 ( )2 z
1 a3
E
ex
AS 2 ( ) 2 a z
23而且有性质的变化设应力分布模型在这种应力分布模型中设则在每一个应力性质交替处一定存在一个90畴壁而且应力能和畴壁能均为最小形成稳定的磁畴结构三多晶体的磁畴结构在多晶中每一个晶粒都有自己的易磁化方向在晶粒边界处由于晶界两侧的晶粒的取向不同在一般情况下在晶粒边界上会出现自由磁荷引起退磁场能增加
第五章 磁畴理论
将
A
1
代AS 入2 上二式得到
a
A1 S A
KU1
aK U1
w4A 1K U 14S
AU K 1 a
（比较近似计算结果：
S A
K1a
w2SK a 1A
2．立方晶体中的90畴壁
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）。
E半 E Ed半
R2 1800
1 2
2 9
0
M
2 s
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
磁性物理第五章：磁畴理论四节剖析讲解
3.42M
2 s
10－7
E封
2 LKu1
Ku1
若K 若K
u1 u1
3.42 107 3.42 107
M M
2 s
2 s
E片 E片
E封利于出现片形畴 E封利于出现封闭畴
如：⑴、Co金属（六角晶体）
Ku1 5.1105 J / m2 , M s 1.4210－6 A / m
E片 E封
1.42 1.22
L D/2
D
D
在这种情况下，Fd与Fk均不需要考虑，只需考虑畴壁 能与磁致伸缩能。
磁致伸缩能的产生： 材料自居里点冷下来时，发生自发形变，若λ>0,则沿
自发磁化强度的方向上将发生伸长，这样主畴与封闭畴均 要在其自发磁化强度的方向上伸长，由于主畴与封闭畴的 Ms彼此成900，所以形变方向互相牵制。换言之，由于主 畴的阻挡，封闭畴不能自由变形。 ——因此封闭畴就好像 受到压缩而增加了能量。这项能量由磁致伸缩引起，故称 磁致伸缩能Eσ (磁弹性能)。
如图，单位面积上有1 个主畴即 D
有 1 个主畴壁，每个主畴壁面积为： D
S' L D D 1 L D, 2 2
所以主畴壁总面积为：L D D
又因为上下表面共 2 个封闭畴，每个封闭畴体积：
D
D
V 1 D D 1 D2
2 2
4
1
特定体积内封闭畴中各向异性能为：
D/2
各种各样的表面精细畴结构或附加次级畴。 表面畴的形成与分布和晶体表面取向有关，故其形式
较为复杂。 1、树枝状畴 在K1>0的立方单晶材料的表面，有时会出现从畴壁界
线出发，向两边主畴作斜线伸展的一种附加畴——树枝状 畴。
磁性材料的磁畴结构与磁性机制
磁性材料的磁畴结构与磁性机制磁性材料是一类具有特殊物性的材料，其在外加磁场下会表现出磁性行为。
磁性材料的磁性机制与材料的磁畴结构密不可分。
磁畴结构是指磁性材料中的微观磁区分布，而磁性机制则是指磁畴结构的形成和变化机制。
本文将探讨磁性材料的磁畴结构和磁性机制，以及它们在材料研究和应用中的重要性。
磁畴结构是磁性材料中的微观磁区分布。
在无外加磁场时，磁畴结构是随机的，各个磁畴的磁矩方向相互无序。
而在外加磁场作用下，磁畴结构会发生变化。
在一定的磁场强度下，磁性材料会形成具有一定方向的磁畴，磁畴内的磁矩呈现一定的方向性。
磁畴之间的磁矩方向则相互正交或者平行排列。
这种有序的磁畴结构使得磁性材料具有磁化的能力。
磁性机制是指磁畴结构的形成和变化机制。
根据磁畴结构的稳定性，磁性机制可以分为磁畴壁移动和磁畴翻转两种主要模式。
在磁性材料中，磁畴壁是磁畴之间的过渡区域，其中磁矩方向逐渐从一个磁畴变为另一个磁畴的方向。
磁畴壁的移动是磁畴结构变化的一种重要机制。
磁畴壁的移动可以由外加磁场的作用、温度的变化或者应力的施加等因素引起。
磁畴翻转是磁畴结构变化的另一种机制。
磁畴翻转指的是在一定的条件下，磁性材料中的磁畴从原有的方向变为相反的方向。
磁畴翻转通常发生在磁畴壁附近，磁场强度的改变和磁畴壁的形态对磁畴翻转有着重要的影响。
磁畴翻转的机制与材料的微观结构和物理性质密切相关，不同的磁性材料具有不同的磁畴翻转特性。
磁畴结构和磁性机制对于磁性材料的性能和应用有着重要的影响。
首先，磁畴结构的不同会导致磁性材料的磁性能差异。
例如，在一些磁性材料中，磁畴结构的变化可以引起材料的磁滞行为和磁导率的变化。
其次，磁性机制的研究可以为设计和合成新型磁性材料提供指导。
通过了解不同材料的磁畴翻转机制，可以优化材料的磁性能，满足不同应用领域对磁性材料性能的需求。
磁性材料的磁畴结构和磁性机制也为磁性存储器、磁传感器、磁记录等磁学设备的研发提供了重要的基础。
磁畴结构和磁化曲线
23
• 由于 •而 • 所以 • 又由于
d 2 ex K ( F ( ) K1 Sin2 )dz dz
F d K dz Sin 1
2 K1 Sin2 dz
d dz Sin F K1
24
• 因而
F 2
20 2 M s 2 K1 2 2 ( D)
30
• 令∂γ/∂δ=0，可得畴壁厚度与有关参数的关系：
K1 F 2 20 M s 2 ( 2 D) 2 0 2 2 2 ( D)
• 两种极端情况下畴壁的厚度δB和畴壁能量γB，
为了使畴壁内的能量降低neel提出了畴壁内原子磁矩方向改变的新模式这种新方式就是原子磁矩的方向变化在和样品表面平行的平面进行凡是这样的畴壁被称为neel壁铁磁薄膜内的neelitilsinoitechnologyltd
磁学与磁性材料（3）
Magnetism and Magnetic Materials
• 这种自旋方式的交换能相对于直接自旋转向方式大 约减小了1/N2；但不利之处在于原子磁矩的逐渐转 向引起磁晶各向异性能的增加。 • 系统总能量是交换能和磁晶各向异性能之和，畴壁 的厚度和畴壁能密度也主要由两者确定。
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Bloch壁的厚度和畴壁能密度
• 选直角坐标系的 Z 轴与畴 壁的法向一致，则xy面为 壁面。 • 如果设 θ 为任一磁矩与易 磁化方向间的夹角，则 θ 是 z 的 函 数 θ(z) ， 而 任 意 两个最近邻磁矩间的角度 φij=a(dθ/dz) ， a 为晶格常 数。
• 材料将寻找一种从一个磁畴到另外一个磁畴转变 时耗能较小的磁化方式。
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磁性材料的磁畴结构与磁滞损耗
磁性材料的磁畴结构与磁滞损耗磁性材料是一类具有特殊磁性性质的材料，具有广泛的应用领域，包括电子设备、能源转换、医疗器械等。
在研究和开发磁性材料时，磁畴结构和磁滞损耗是两个重要的研究方向。
本文将重点探讨磁性材料的磁畴结构以及磁滞损耗，并分析其对磁性材料性能的影响。
一、磁畴结构磁畴是磁性材料中具有相同方向磁化的微观区域，不同磁畴之间的磁化方向可以不同。
磁畴结构对磁性材料的磁化过程和磁性能有重要影响。
研究磁畴结构可以帮助我们深入理解材料的磁性质，优化材料的磁化特性。
磁畴结构的形成与外部磁场的作用密切相关。
在无外场情况下，磁性材料的磁畴通常呈现多畴结构，各个磁畴的磁化方向随机分布。
当外部磁场作用于材料时，磁畴会发生重排和重新取向，最终形成较大的磁畴区域。
这些磁畴的磁化方向几乎相同，使得材料呈现明显的磁性。
二、磁滞损耗磁滞损耗是磁性材料在周期性外部磁场作用下产生的热量损耗。
磁滞损耗是由于磁性材料在外部磁场作用下磁畴壁的移动和磁化方向的翻转引起的。
磁滞损耗与磁性材料的饱和磁感应强度和磁滞回线的面积有关。
对于具有相同饱和磁感应强度的材料，磁滞回线面积越大，磁滞损耗越大。
要减小磁滞损耗，可采取以下措施：1.选择具有较高饱和磁感应强度的磁性材料，以降低磁滞回线的面积。
2.通过优化材料的磁畴结构，减小磁畴壁的移动和磁化方向的翻转，从而降低磁滞损耗。
3.合理设计材料的形状和尺寸，减少磁场的集中，降低磁滞损耗。
三、磁畴结构对磁滞损耗的影响磁畴结构对磁滞损耗的大小和特性有重要影响。
具有较大磁畴的磁性材料通常具有较高的饱和磁感应强度，因此其磁滞回线面积相对较小，磁滞损耗较低。
另外，优化的磁畴结构能够减小磁畴壁的移动和磁化方向的翻转，从而降低磁滞损耗。
因此，控制磁畴结构是减小磁滞损耗的重要方法之一。
可以通过控制磁性材料的制备工艺、添加适量的合金元素等手段来调控磁畴结构，从而实现对磁滞损耗的控制。
四、磁性材料的应用与发展磁性材料的磁畴结构和磁滞损耗的研究在磁性材料的应用和开发中具有重要意义。
镍合金材料的磁性与磁畴结构研究
镍合金材料的磁性与磁畴结构研究引言：镍合金材料作为一种重要的金属材料，在工业生产和科学研究中扮演着重要角色。
随着技术的发展，对于镍合金材料的研究也日益深入。
其中，镍合金材料的磁性与磁畴结构成为研究的热点之一。
本文将探讨镍合金材料的磁性与磁畴结构研究的重要性，并介绍当前研究的进展和关键问题。
1. 镍合金材料的磁性镍合金材料由镍和其他元素（例如铁、钴等）组成，因此其磁性常常与这些元素的磁性有关。
镍本身具有良好的磁性，可以形成强磁性材料。
研究表明，通过添加其他元素，可以进一步调控镍合金材料的磁性能。
例如，添加铁可以提高镍合金材料的磁导率和磁饱和强度。
此外，通过调控合金中其他元素和掺杂的方式，可以实现对镍合金材料磁性的微观调控，进而优化其性能。
2. 镍合金材料的磁畴结构磁畴是指材料中具有自旋有序排列的部分。
镍合金材料的磁畴结构对其磁性和性能起着关键影响。
研究表明，镍合金材料中的磁畴结构可以通过外加磁场、温度和应力等因素进行调控。
具体而言，外加磁场可以引导磁畴的形成和排列，温度可以改变磁畴的大小和形状，应力可以改变磁畴的稳定性和分布。
因此，深入研究镍合金材料的磁畴结构有助于理解其磁性的来源和特性，同时也为优化其磁性能提供了重要线索。
3. 镍合金材料磁性与磁畴结构的研究进展近年来，关于镍合金材料的磁性与磁畴结构的研究取得了许多重要进展。
例如，在实验研究方面，采用高性能仪器和技术（如扫描隧道显微镜、X射线衍射等），对镍合金材料的磁性和磁畴结构进行了详细表征。
同时，一些理论模型和计算方法的发展，也为解释和预测镍合金材料的磁性和磁畴结构提供了有力支持。
此外，通过合金设计和制备工艺的优化，已经成功实现了镍合金材料磁性和磁畴结构的调控。
4. 研究中的关键问题尽管镍合金材料的磁性与磁畴结构研究取得了许多重要进展，但仍存在一些关键问题亟待解决。
首先，需要深入理解镍合金材料中各异质结构、界面和缺陷对磁性和磁畴结构的影响。
其次，需要建立更加准确的理论模型和计算方法，以预测和解释镍合金材料的磁性和磁畴结构。
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104
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L
封闭畴形式能量的计算
考虑到L>>d，采用封闭畴形式样品表面单位面积内的畴壁面积：
S
1 d
L
d
1
4
d 2
1
L d
闭流畴的体积：v
2 d
1 2
d
d 2Βιβλιοθήκη d 2因而样品表面单位面积下方柱体的总能量为：
E
E
Ek
L d
K1d 2
E 0 d
给出平衡值：
d 2 L
K1
d
d 2
d 2
样品表面单位面积下的总能量 E 2 LK1
L d
（γ是畴壁单位面积能量）
半无限大样品片状磁畴的退磁能密度上节已知，现在要考虑上下表
面，约乘以 2。后一项是畴壁的能量，磁畴的宽度是d, 单位长度分为
1/d 个畴，所以单位表面积下的畴壁总面积是 L/d ,
E 0 d
给出平衡数值 d 104
MS
L
17
所以片状畴单位体积的总能量为：
F
E L
2MS
18 103J m2, L 102 m
片状畴结构 d 2.3105m = 23 μm,
E 15.8 102J m-2
封闭畴可能
而不分畴时的退磁能：比上面大近10倍。
Ed
0
2
NM
2 S
L
0
2
M
2 S
L
12.8103
J
m2
片状畴的变异
片状磁畴有相当大的退磁能，特别在材料厚度大于10 m时。一些变形结构的能量比片状磁畴的更低。
以一个圆片样品为例来定性分析一下影响磁畴结构的主要 因素。
二. 单轴各向异性晶体的磁畴结构
一个单轴各向异性晶体自 发磁化后可能的磁畴结构如右 图所示。晶体沿易磁化方向均 匀磁化后退磁能很大，从能量 的覌点出发，分为两个或四个 平行反向的自发磁化的区域可 以大大减少退磁能，但是两个 相邻的磁畴间畴壁的存在又增 加了一部分畴壁能。因此自发 磁化区域(磁畴)的形成不可能 是无限多的，而是以畴壁能与 退磁场能之和的极小值为平衡 条件。
见铁磁学（中）p125
Co晶体平行于六角轴的片 形畴（上图）
下右图为垂直于六角轴的 雪花形表面畴：也称片形 －楔形畴，其结构见下图
这只是一 种可能的 解释。
取自《铁磁畴》插图
三. 立方晶体材料中的磁畴结构
立方晶系450 封闭畴内磁化强度也与易磁轴平行，磁晶各向异性能
和退磁能都为零，形成封闭磁畴结构的能量似乎应该比形成片形磁畴能
封闭磁畴： d 2.59 104 m E 0.13 J m2
片形畴：
E 5.78 J m2
结论：K1>0的立方晶系 晶体形成封闭畴。
树 枝 状 磁 畴
取自《铁磁畴》插图
四. 树枝状磁畴
当主畴的自发磁化强度 与样品表面不平行，有 一个微小的倾角时，会 在表面出现磁荷，产生 退磁场，为了减小这种 影响，将会在表面出现 一些附加的次级磁畴。 形状比较复杂。例如：
单位体积能量
F E 2 K1
L
L
代入单轴各向异性材料的数值可以发现，采取片状磁畴结构能量要 有利得多，这里还没有计入因闭流畴的磁致伸缩所产生应力能，否则单 轴各向异性材料采用封闭磁畴结构能量会更大。总之：
相比封闭磁畴结构而言片状磁畴是单轴各向异性材料较恰当的选择。
以BaFe12O19为例说明：
树枝状磁畴。
取自《铁磁畴》插图
在同一表面上的粉纹图，它反映的不是主畴，而是表面磁畴 情况，a是机械抛光后的图形，受到各种表面因素的影响，b 是电解抛光后的图形，反映的是晶面规则的次级畴。
K1 3.3105J m3, M S 3.8 105 A m1
片状畴结构 E 3102 L
封闭畴结构 E 8 102 L 取： 1.7 103J m2, L 102 m
得： d = 2.6 10-5m 26μm
结论：一般，单轴 晶体形成片状畴。 片形畴宽度在几十 微米量级
以 Co 为例说明： M S 1.43106 A m1, K1 5 105J m3,
棋盘结构： 圆柱形结构： 蜂窝结构：
它们的退磁能 都比片状畴低。 蜂窝状是内外 磁化强度反向。 实际材料中观察 到这种情况。
见铁磁学（中）p122
以及两种有利于降低退磁场能的表面磁畴结构： 波纹结构 和片形－楔形畴都出现在片形主畴的端面上。
具有波纹畴 壁的示意图
花纹加圆形的楔形畴
钡铁氧体上观 察到的磁畴： a:片形畴 b c 波纹畴 d 波纹+楔形
4.3 磁畴结构
一.影响磁畴结构主要因素的定性考虑 二.具有单轴各向异性晶体的磁畴 三.立方晶系材料的磁畴 四.表面磁畴 五.不均匀物质中的磁畴 六.单畴颗粒 七.磁泡 八.反铁磁畴
该节参考姜书4.6,4.9节
一. 影响磁畴结构主要因素的定性考虑
在铁磁体中，如果交换作用使整个晶体自发磁化到饱和， 磁化强度的方向沿着晶体内的易磁化轴，这样虽能使铁磁晶 体内交换能和磁晶各向异性能都达到极小值。但晶体有一定 的大小与形状，整个晶体均匀磁化的结果，必然在晶体表面 产生磁荷，磁荷产生的退磁场会形成很大的退磁场能 Fd，分 成磁畴就会减小退磁能，但又增加了畴壁能，综合考虑成为 决定磁畴结构的主要因素。总之：大块材料产生磁畴的首要 原因是多畴有利于降低退磁能，但多畴又带来了畴壁能，所 以稳定的多畴结构决定于体内畴壁能与表面退磁场能的平衡， 相应的自由能极小。
易磁化方向
形成封闭畴将进一步降低退磁能，但是封闭畴中的磁化强度方向垂 直于易磁化方向，因此又会增加各向异性能。如何取舍？
片状磁畴能量的计算：考虑一个厚度为 L、易磁化方向垂直于表面
的片状材料，求解形成片状磁畴后的能量。
设片状畴的宽度为d，则该晶体样品表面单位面积下方柱体的总能量为：
E
2 0.85 107 M S2d
d
100 C11
E 100 C11 L
F
E L
100
C11
L
代入立方晶体的数据表明，封闭 磁畴结构的能量较低，实验上已 经观察到这种磁畴结构的存在。
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Fe 之数据：
K1 0, w 1.7 103J m2 100 2.7 105, L 102 m
C11 2.36 1012 N m2 M S 1.7 106 A m1
量更低，但此时必须考虑自发磁化引起的形变产生的磁弹性能的影响。
立方晶系封闭畴形式能量的计算：在立方晶系K＞0的情况下，应
力方向单位体积的磁弹性能是：
F
1 2
100
1 2
C2 100 11
样品表面单位面积下方柱体的总能量为：
E
E
Eml
L d
d 2
1 2
C 2 11 100
E 0 d
给出平衡值
2 L