磁畴理论 ppt课件

对于不同的磁畴，其自发磁化强度的方向是不同的。 因此，退磁场能尽量小的要求是磁畴形成的根本原 因。退磁场最小要求将磁体分成尽量多的磁畴；但 是形成磁畴以后，两个相邻磁畴之间存在着一定宽 度的过渡区域，在此区域磁化强度由一个磁畴的方 向逐渐过渡到另一个磁畴的方向。磁矩遵循能量最 低原理，按照一定的规律变化。这样的过渡区域称 为磁畴壁。
但是在畴壁中原子的自旋磁矩方向逐渐过渡，必然 会引起每一个原子磁矩方向偏离原来的磁晶各向异 性为最低的易磁化方向，从而导致了磁晶各向异性 能的增加。例如，单位面积的畴壁所具有的磁晶各 向异性能估算为
K K 1 V K 1 N K a 1
显然，磁晶各向异性能随畴壁厚度的增加而增加。 因此，畴壁要具有一个稳定的结构必须满足畴壁中的 交换能和磁晶各向异性能的总和为极小。单位面积畴 壁中总畴壁能
1．布洛赫壁 在布洛赫壁中磁矩的过渡方式是始终保持平行于畴壁 平面，因而在畴壁面上无自由磁极出现，这样就保证 了畴壁上不会产生退磁场，但在晶体表面出现磁源自文库有 退磁场。在铁磁材料中大块晶体材料内的畴壁属于布 洛赫壁。由于是大块晶体材料，尺寸很大，表面磁极 产生的退磁场可忽略不计。
2．奈尔壁 在薄膜材料中，一定条件下，将会出现奈尔壁。在奈 尔壁中磁矩是平行于薄膜表面逐步过渡的。不是像布 洛赫壁那样，磁矩平行于畴壁逐步过渡。这样在奈尔 壁两侧表面上将会出现磁极产生退磁场。只有在奈尔 壁的厚度比薄膜的厚度大很多时退磁场能才比较小。 因此，奈尔壁的稳定程度与薄膜的厚度有关。
但是实际的铁磁体有一定的几何尺寸，还要考虑退 磁场能。自发磁化矢量的一致排列，必然在铁磁体 表面上出现磁极而产生退磁场，这样就会因退磁场 能的存在使铁磁体内的总能量要增加，自发磁化矢 量的一致取向分布不再处于稳定状态。为降低表面 退磁能，只有改变自发磁化矢量的分布状态来实现。 于是在铁磁体内部分成许多大小和方向基本一致的 自发磁化区域，这样的每一个小区域称为磁畴。
F2A2S co s
当相邻两原子的磁矩平行排列时 0，其交换能为 F0 2AS2
则，原子间的夹角为 时，交换能增量为
F F F 0 2 A 2 ( 1 S co ) 4 s A 2 sS 2 i2 n
近似为
F4A2S si2n A2S2
2
考虑畴壁是由N层原子组成，畴壁两侧磁矩夹 角为180。设每层原子转过相等的角度，/N则 引起的交换能增量为
磁畴壁内各个磁矩的方向取向不一致，必然 增加交换能和磁晶各向异性能而构成畴壁能 量。全面考虑，要由退磁场能的降低和磁畴 壁能量的增加的利弊，即由他们共同决定的 能量极小条件来决定磁畴的数目。原则上讲， 在形成磁畴的过程中，磁畴的数目和磁畴的 尺寸、形状等，应由退磁场能和磁畴壁能的 平衡条件来决定。 以下作定量分析。
由 E 0
D
可得平衡时的磁畴宽度D， D 104 wL
MS 17
二、决定磁畴结构的各种因素
除退磁场能这个决定因素外，其他因素也值得 考虑：磁各向异性能；交换相互作用能；磁弹 性能等。
圆片铁磁体各种磁畴结构
5.2 磁畴壁结构及其特性
一、畴壁的形成
磁畴壁是相邻两磁畴之间磁矩按照一定规律逐渐 改变方向的过渡层。 以下通过计算畴壁能量和厚度，说明铁磁体内相 邻两磁畴之间磁畴壁的形成以及磁畴壁内磁矩方 向变化是采用逐渐过渡方式的。 已经知道，相邻两原子间的交换能
FAS2()2
N
当铁磁体晶格常数为a时，在厚度为 N，a长和 宽均为1的畴壁体积中，单位面积畴壁面上共有 个 1/ a2 原子。单位面积畴壁中交换能增量为，
exNa12FA2 SN 22a
exNa12FA2SN 22a
由此可见，畴壁中包括原子层数越多，也就是 畴越厚，则在畴壁中引起的交换能越小。所以， 为了使畴壁中引起的交换能增加的小一点，畴 壁中磁矩方向的改变只能采取逐渐过渡的形式。 而不能突变0—180。
第五章 磁畴理论
5.1 磁畴的成因
一、磁畴形成的根本原因
铁磁体内产生磁畴，实质上是自发磁化矢量平衡分 布要满足能量最小原理的必然结果。假设铁磁体无 外场无外应力作用，自发磁化矢量的取向，应该是 在由交换能、磁晶各向异性能和退磁场能等共同决 定的总自由能为极小的方向上。 仅考虑交换相互作用能（交换积分A>0），磁矩平 行排列，对方向无特殊要求。 再考虑磁晶各向异性能，当交换能和磁晶各向异性 能之和满足最小值条件，则自发磁化矢量只能分布 在铁磁体的一个易磁化方向上。
二、磁畴壁的类型
1．180畴壁 畴壁两侧磁畴的自发磁化矢量的方向互成180 角，这样的畴壁为180畴壁。单易磁化轴晶体 只有180畴壁，多轴晶体也有180畴壁。
2．90畴壁
畴壁两侧磁畴的自发磁化矢量方向不是180， 而是90，107，71等，一律称为90畴壁。
对于理想晶体每个磁畴的自发磁化矢量都处在 晶体的易磁化轴上。这里理想晶体是指：没有 外场作用；无应力或缺陷存在；均匀单相且无 非磁性相；无内部退磁场。 第二种，根据畴壁中磁矩的过渡方式不同，可 将畴壁分为布洛赫(Bloch Wall)壁和奈尔壁 (Neel Wall)两种。
退磁场能，Ed1.71 0 7M S 2D 公式推导见钟书p202
式中D是片状磁畴的宽度，显然，片状磁畴的宽度D越 小，退磁场能越小。
磁畴壁能，Ew
w
L D
式中 w 为畴壁能量密度，L为 晶体的厚度。（参见宛书P215 图5-2（b)
总能量， E E d E w 1 .7 1 7 0 M S 2D wD L
w w e2 x Sk (K 1 A 23aS N S2 2 )2 A a K 1 N 2 3 （a单SN 位面a 积N畴a壁S能(）K123AS)a
w2(K123S)
二、磁畴壁的类型
两种划分畴壁类型的方法： 第一种，根据畴壁两侧磁畴 的自发磁化矢量方向间的关 系，可将畴壁划分为180和 90畴壁两大类。
wexkASN 222aK1Na
wexkASN 222aK1Na
平衡时要求
w
N
0得
N S A
a K1a
单位面积的畴壁能w 2S
K1A a
NaS A
K1a
如力果 各在向铁异磁性晶的体中23 S同 作时用有，磁这晶时各的向畴异壁性能K1和和应厚 度应当同时考虑磁晶各向异性能和应力各向异 性能。