磁畴和磁晶各向异性-20160516

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。

磁晶各向异性

磁晶各向异性
晶体的各向异性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不尽相同，由此导致晶体在不同方向的物理化学特性也不同，这就是晶体的各向异性。

晶体的各向异性具体表现在晶体不同方向上的弹性模量、硬度、断裂抗力、屈服强度、热膨胀系数、导热性、电阻率、电位移矢量、电极化强度、磁化率和折射率等都是不同的。

各向异性作为晶体的一个重要特性具有相当重要的研究价值。

常用密勒指数来标志晶体的不同取向。

磁晶各向异性
定义：单晶体中原子排列的各向异性往往会导致其许多物理和化学性能具有各向异性，磁性为其中一种。

单晶体沿不同晶轴方向上磁化所测得的磁化曲线和磁化到饱和的难易程度不同。

即，在某些晶轴方向的晶体容易磁化，而沿某些晶轴方向不容易磁化，这种现象称为磁晶各向异性。

磁晶各向异性的强弱用磁晶各向异性常数衡量。

相关概念
（1）磁晶各向异性常数K
磁晶各向异性的大小用磁晶各向异性常数K来衡量。

对于立方晶体，磁晶各向异性常数可以这样定义：单位体积的铁磁单晶体沿[111]轴与沿[100]轴饱和磁化所需要的能量差。

（2）磁晶各向异性能Fk
通常最容易磁化的晶轴方向称为易磁化方向，所在的轴称为易磁化轴；与之相反的是难磁化方向和难磁化轴。

晶体在磁化过程中沿不同晶轴方向所增加的自由能不同，通常沿易磁化轴方向最小，沿难磁化轴方向最大。

我们称这种与磁化方向有关的自由能为磁晶各向异性能。

（注意与磁各向异性能相区别）
（3）磁晶各向异性场Hk
磁晶各向异性场是一种等效场，其含义是当磁化强度矢量偏离易磁化轴方向时好像受到沿易磁化轴方向的一个磁场作用，使它恢复到易磁化轴方向。

3、磁晶各向异性机理

随着4f电子的数目增加，磁量子
数m=3,2,1,0,-1,-2,-3,电子云的形状与m的正负无关。m=0的电子云沿 C轴延伸，使C轴成为易轴。因为 L=0总的电子云变成球形。
Tb的轨道矩 L=3为稀土元素中最大值，轨道面垂直于J 伸展，形成薄饼状的电子云。
Tb的六角晶格的c/a值为1.59, 它比密堆积的六角晶格的理想值1.633小的多，也就是说晶格沿C轴被压缩了。
二重态
在立方晶体中有四个<111>轴，若离子平均的分布在具有不同的 <111>轴的八面体间隙位。
EA 1 4 N LS cos 1 cos 2 cos 3 cos 4

式中1 ,2 ,3 ,4为自旋磁矩与四个<111>轴的夹角
EA
1 4
N LS cos 1 cos 2 cos 3 cos 4
第三项为起源相同的高价项，称为四极相互作用。磁晶各向
异性可以通过对晶体中所有自旋对的能量相加而计算出来
这模型称为自旋对(spin-pair)模型。
EA
w
i
i
i表示自旋对。仅考虑近邻，最多到次近邻之间的相互作用。
设(1,2,3 )为平行自旋对的方向余弦。对原子连线方向与x-轴平行的自旋对，cos可以用1代替，对平行y-,z-轴的自旋对，cos可分别用2和3替代。
2
3 35
) ......
然而真正测得的磁各向异性相应的l 值比此项给出的值大 100到1000倍。因此产生磁晶各向异性的机制不是偶极相互作用，虽然形式相同，但其系数是来源于磁晶各向异性，这种相互作用被称为赝偶极相互作用
机理：部分未淬灭的轨道矩与自旋相互耦合，随着磁化强度的

磁晶各项异性

试验测定：
对于立方晶体，上式仍不随方向变化，需要考虑准四极
矩相互作用能，其中与方向有关旳部分为：
Dij rij (Si rij )2 (S j rij )2
Dij rij
Cij 2 A g 2 4 A
Fe：计算值：K1 Dij 1017 erg / 原子
实测值：K1 0.541017 erg / 原子(在数量级上符合）
（二）、单离子模型
这是因为磁性离子本身旳自旋－轨道耦合作用与晶体场旳联合效应所产生旳磁晶各向异性。
在离子化合物（如铁氧体）中，磁性离子被非磁性离子隔开，所以磁性离子间旳各向异性互换作用较弱，不足以产生强旳磁晶各向异性。但磁性离子受到很强旳晶场作用，使磁电子旳状态发生变化，造成轨道动量矩 “部分冻结”，未被冻结旳那一部分轨道动量矩受晶场旳作用被固定于某些特定旳方向上，经过自旋－轨道耦合，使自旋磁矩在空间旳方向受到约束，从而造成各向异性。
旳
F故k ～只能把磁偶极，矩而相其互磁作偶用极视矩为间产生相磁互晶作各用向能异仅性有
旳异性互换作用产生于电子旳自旋－轨道
耦合与各向同性旳海森堡互换作用旳联合效应。
在电子自旋旳相互作用中，除了各向同性旳互换作
用外，还要受电子自旋矩与轨道矩之间旳耦合作用旳影
响。分布于晶格上旳原子或离子，因为受到领近原子旳
c. 易锥面时
HK
(2Ku1 / Ku2 )(Ku1 2Ku2 ) 0M s
单轴各向异性
Ku1,Ku2
易磁化方向 0：与C轴夹角
Ku1>0
Ku2<0
Ku1+Ku2>0 Ku1+Ku2<0 Ku1+2Ku2<0 Ku1+2Ku2>0

磁晶各向异性PPT课件

5
产生铁磁性条件
铁磁性除与电子结构有关外，还决定于晶体结构。
产生铁磁性条件：
(1).有固有磁矩(未满电子壳层); (2) .原子磁矩之间有相互作用,且Rab/r > 3，即一定的点阵结构。
Rab: 原子间距;
r :未满电子壳层半径.
交换作用能:
Eex = -AS1·S2 = -Acosφ;
A>0时，自发平行排列；
A<0时，反平行排列。
2021/3/7
CHENLI
6
铁磁性的起源----直接交换相互作用
原子间距离太远，表现孤立原子特性
a.b原子核外电子因库仑相互作用相互排斥，在原子中间电子密度减少。
原子间距离适当时，a原子核将吸引
(1) a(1)
a
b
b(2) (2)
rab
b原子的外囲电子，同样b原子核将吸引 b原子的外囲电子。原子间电子密度增
由于磁晶各向异性的存在，如果没有其它因素的影响，显然自发磁化在磁畴中的取向不是任意的，而是在磁晶各向异性能最小的各个易磁化方向上。
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•磁晶各向异性能
磁晶各向异性大的适于作永磁材料，小的适于软磁材料。
材料制备中人工地使晶粒的易磁化方向排在一特定方向以提高该方向磁性能。(如硅钢片生产工艺上的冷扎退化，铝镍钴生产中的定向浇铸(柱晶取向)和磁场中热处理，磁场成型等都是利用磁晶各向异性。
称为磁畴壁。
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MFM: NG-HD
表面形貌图
Topography
表面磁力图
MFM Phase
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磁畴和磁晶各向异性-20160516

施加偏场H
,畴壁移动
b
施加面内场H，磁畴转动
磁化方向垂直于原子排成的直线，邻近原子的电子运动区
偏光显微镜
偏光
显微镜
直流稳压
直流偏场
电磁铁
直流偏磁场H b ＝0b 升高至磁畴全部消失
直流偏磁场H 升高降低至0，回到迷宫畴
面内场H＝0
面内场H升高
升高至磁畴全部消失
降低至0，黑白泡畴共存
升高至磁畴全部消失面内场H＝0
面内场H升高
降低至0，平行条畴
in
偏光显微镜
切泡场H
B
=(H
N
-0.32)kA/m
= (H
N -0.02)A
直流偏磁
b 直流偏磁
b
直流偏磁场H
b
升高至饱和磁化
不是形核
形核场
畴形
直流偏磁场H＝H
直流偏磁场H升高成泡场，成泡直径
外切内切
用测微目镜测量磁泡直径时，目镜中的数字读百位，鼓轮上的刻度读十位和个位。

磁晶各向异性常数定义

磁晶各向异性常数定义磁晶各向异性常数定义是指在物理学中，当物体被投入非线性磁场时，物体磁化矢量的模和方向也将随非线性磁场而改变，这过程就是叫做磁晶各向异性，而磁晶各向异性常数定义是描述这种磁晶各向异性的物理量，是指非线性磁化率的定义。

磁晶各向异性常数定义的精确含义是指，在物理学中，磁晶各向异性常数可以被描述为一个三元组或者六元组，用来描述在物体中不同方向上，物体电磁特性的变化情况，这样可以更容易地描述物体表面不同方向上，其磁化率之间的关系。

磁晶各向异性常数由一个物理量强度矢量表示，它定义了在不同方向下物体的磁化反应情况，以及物体内部受磁场作用时，能量的改变情况。

例如可以定义一个三元组来表示磁晶的X方向的磁化反应程度，Y方向的磁化反应程度和Z方向的磁化反应程度，这样可以精确地描述它们之间的差异，以及整体响应磁场作用时能量的改变情况。

由此可见，磁晶各向异性常数定义具有很强的精度，可以有效地描述物体不同方向上的磁化反应程度，定义了在物体内部受磁场作用时，能量的改变情况，可以用来描述像磁体、小分子、大分子及导电体有关物理现象的磁化率，广泛应用于电机、电磁学设计领域等。

磁晶各向异性常数的定义是有参考的，普遍的标准是引用国际标准化组织（ISO）所发表的《磁体及其他波导内各向异性参考模型（TARI）》给定的磁晶各向异性常数，也就是六个矢量参数，即六元组参数。

磁晶各向异性常数实验也是重要环节，实验结果多用于校核和验证磁晶各向异性常数的计算方法，以及可以提高设计的准确性。

总之，磁晶各向异性常数定义是指，当物体被投入非线性磁场时，物体磁化矢量的模和方向也将随非线性磁场而改变，由一个物理量强度矢量表示，它定义了在不同方向下物体的磁化反应情况，以及物体内部受磁场作用时，能量的改变情况，其定义是有参考的，普遍的标准是引用国际标准化组织（ISO）所发表的《磁体及其他波导内各向异性参考模型（TARI）》给定的磁晶各向异性常数，它与实验相结合，可以提高设计的准确性，广泛应用于电机、电磁学设计领域等。

磁场对磁性材料的磁晶各向异性和磁晶畴的影响

磁场对磁性材料的磁晶各向异性和磁晶畴的影响磁场是一个强大的物理力量，在磁性材料中，它可以对材料的磁性产生重要影响。

具体而言，磁场可以影响材料的磁晶各向异性和磁晶畴。

本文将探讨磁场对磁性材料的这些影响。

1. 磁晶各向异性磁晶各向异性是指磁性材料在不同晶向上具有不同的磁性能。

磁场可以改变磁晶各向异性，从而影响材料的磁性质。

当材料处于无外加磁场状态时，磁晶各向异性主要由晶格结构和自旋排列决定。

然而，一旦外加磁场作用于材料，它可以改变材料的电子轨道和自旋状态，进而改变磁晶各向异性。

2. 磁晶畴磁晶畴是指磁性材料中由有序的磁矩构成的微观结构。

磁晶畴的形成与磁场密切相关。

在无外加磁场状态下，磁性材料的磁矩会随机排列，形成无序的磁晶畴结构。

然而，当外加磁场作用于材料时，它会对材料中的磁矩施加力，使磁矩重新排列，从而形成有序的磁晶畴结构。

3. 磁场对磁晶各向异性的影响磁场可以改变磁晶各向异性。

当外加磁场作用于材料时，它会对材料中的磁矩施加力矩，使磁矩重新排列。

这种重新排列导致了磁晶各向异性的改变。

具体而言，外加磁场可以使磁晶各向异性增强或减弱，甚至可以改变材料的磁易化方向。

这对于磁性材料的应用有重要意义，例如在磁存储器件和磁传感器中。

4. 磁场对磁晶畴的影响磁场也对磁晶畴的形成和演化起到了重要作用。

外加磁场可以改变材料中的磁矩排列，使磁晶畴重新组织。

具体而言，磁场可以增强或减弱磁晶畴的长大速率，影响磁晶畴壁的运动和畴间磁矩的相互作用。

这些变化直接影响材料的磁性能，在磁存储和磁制冷领域具有潜在应用。

综上所述，磁场对磁性材料的磁晶各向异性和磁晶畴具有显著影响。

通过改变磁晶各向异性，磁场可以调控材料的磁性能，对磁性材料的应用具有重要意义。

同时，磁场还可以改变磁晶畴的形态和演化，影响材料的磁性质。

随着对磁性材料的研究不断深入，我们对磁场对磁晶各向异性和磁晶畴的影响也会有更加深入的了解，为磁性材料的开发和应用提供更多的可能性。

关于磁晶各向异性

关于磁晶各向异性06080 杨芳在磁性物质中，自发磁化主要来源于自旋间的交换作用，这种交换作用本质上是各向同性的，如果没有附加的相互作用存在，在晶体中，自发磁化强度可以指向任意方向而不改变体系的内能。

实际上在磁性材料中，自发磁化强度总是处于一个或几个特定方向，该方向称为易轴。

当施加外场时，磁化强度才能从易轴方向转出，此现象称为磁晶各向异性。

磁各向异性按其来源分成：形状各向性；磁晶各向异性；生长感生各向异性；应力感生各向异性；磁场感生各向异性；其中只有磁晶各向异性是磁性晶体中固有的。

其他各种广义地说都是感生出来的。

定域磁矩是如何辨别不同的结晶学方向呢?μJ是怎样耦合到晶格的?答案在于磁矩的自旋部分与电子轨道形状和取向的耦合(自旋-轨道耦合) ，以及给定原子轨道和它们的局部环境(晶体电场)的化学成键。

如果一个原子看到的局部晶体场有较低对称性，并且如果原子的成键电子具有不对称的电荷分布(LZ≠0) ，那么，原子轨道与晶体场的相互作用是各向异性的。

分子轨道的某种取向，或成键电子电荷的某种分布在能量上是择优的。

对于磁晶各向异性这是十分重要的，即成键具有明显的方向特性。

磁晶各向异性是磁性材料的内能随磁化强度方向的变化而发生的变化。

当自发磁化强度从一个方向转向另一个方向。

相邻自旋保持平行，这是因为自旋间存在强的交换作用，要解释磁晶各向异性，必须考虑含有晶轴的能量项。

假设自旋与原子连线的夹角为，则自旋对的能量经勒让德多项式展开为：真正的机理是：部分未淬灭的轨道矩与自旋相互耦合，随着磁化强度的转动，通过轨道波函数重叠的变化，导致交换能或静电能发生变化，这种相互作用被称为赝偶极相互作用。

磁晶各向异性可以通过对晶体中所有自旋对的能量相加而计算出耒，这模型称为自旋对(spin-pair)模型。

自旋对模型对金属和合金是适用的，对氧化物和化合物不适用。

晶体场理论的基本思想是认为中心金属离子的电子波函数同周围离子(称为配位子)的电子波函数不相重叠，因而可以把组成晶体的离子分为两部分：基本部分是中心金属离子，我们将其外层未满壳层的电子作为量子体系处理；非基本部分是周围的配位子离子，我们将它们作为产生静电场的经典体系处理，配位子所产生的静电场称为晶体场。

D磁性物理基础-各向异性

2、六角晶系的磁晶各向异性 A、磁晶各向异性能
z
C轴
y
Is
y
C面
C面
°°° ° ° ° ° ° ° ° °° w x
+2/6
六角晶系的特点是在c面有六次对称轴，与+2n/6,(n=0、1、2…..) 的方向体系的能量是相同的。用, 替代1,2,3 ,计算磁晶各向异性能
z Is x
I s H A sin
HA <111>

E A K1 2 sin(2 2 ) 3 sin(4 4 ) 8
K2 sin( 2 2 ) 4 sin( 4 4 ) 3 sin( 6 6 ) 64
y
4 K H A ( K1 2 ) / I s 3 3
是易轴与磁化强度之间的夹角
H
1
00
如果样品的体积为V，则平衡条件为
VT=L=k1
易轴
Is
适当选择k，使1在较小的范围内变化。如果磁场的转角为(0到 360度)，则=-1，由于1很小，就可简化=。
右图为一个典型的转矩曲线， =22.50时sin4=1由转矩曲线公式 1 L( ) K1 sin 4 2 得到：K1=2L(22.50) ~4x105dyn cmcm-3(ergcm-3)

Co:
Ku1=4.53x105Jm-3 Ku2=1.44x105Jm-3
B、磁晶各向异性场:
a. C轴为易磁化轴，用同样的处理方法 E 得到： H A I s sin A b. c面为易磁化面时：
HA 2( K u1 2 K u 2 ) Is
HA
2 K u1 Is

2.磁晶各向异性场

§4.2 磁晶各向异性场在晶体中，由于磁晶各向异性作用，无外场时磁矩倾向于集中在易磁化轴方向。

这好像在易磁化轴方向存在一个磁场，把磁矩拉了过去那样。

这一作用实际上是来自各向异性，而不是真实的磁场，所以称为磁晶各向异性等效场。

这一概念对有些问题的处理会带来很大的方便。

1. 单轴磁晶各向异性场根据上一节的讨论知道，单轴晶体的各向异性能可以表达为（当2121sin θθu u k K K E ≈=θ很小时）（4.2.1）设在易磁化方向的等效磁场强度为H k ，磁场作用下的静磁能是θcos k S H J E −= （4.2.2）这里J s 是单位体积中的饱和磁偶极矩。

两式中的θ都是磁偶极矩方向与易磁化方向的夹角。

（4.2.2）式中，E =0在θ=90°处，为了同（4.2.1）做比较，要求E =0落在θ=0°。

此式可写为)cos 1(θ−=k S H J E这就符合θ=0°时E =0的要求了。

此式还可以写为2222sin 2θk S k S H J H J E ≈⋅= （4.2.3）（4.2.3）与（4.2.1）两式等效，所以21⋅=k S u H J K 由此，单轴磁晶各向异性的等效磁场强度是Su S u k M K J K H 01122μ== （4.2.4）从这里可以看出，这个各向异性等效场与各向异性常数成正比。

即各向异性常数表征了各向异性等效场的强弱。

2. 立方晶系磁晶各向异性等效场立方晶体的磁晶各向异性能表为（4.2.5） )(2123232222211αααααα++=K E k 把这个式子改用极坐标表示。

由图3.2.9所示11cos cos sin x x r R r Rαθϕ====θ22cos sin sin y y r R r Rαθϕ====θ （4.2.6） 33cos cos z R αθθ===现在考虑时z 轴上等效场的情况。

课件7磁晶各项异性1

二、磁各向异性类型按其起源物理机制可分为：磁晶各向异性磁性单晶体所固有的 • 磁形状各向异性：
●
反映沿磁体不同方向磁化与磁体几何形状有关的特性。
磁矩取向一致→退磁场→退磁场能（取决于磁体的几何形状，如：由细长微粒组成的磁体、磁性薄膜）→ 显出很强的形状各向异性 • 磁应力各向异性：
CoO薄膜 • 交换磁各向异性：将强磁性的Co微粒表面进行微弱氧化，形成薄层CoO，由于Co是铁磁 Co 性的，而CoO是反铁磁性的，在Co与包Co粒子 CoO界面就有交换作用，当磁场热处理后，由此引起交换各向异性（做成磁带，录音效果好）。
单轴各向异性
Ku1,Ku2
易磁化方向 0：与C轴夹角 EA 各向异性磁场 HA HA Ku1>0 Ku1+Ku2>0 Ku1<0 Ku1+2Ku2>0 sin0=(-Ku1/2Ku2)1/2 园锥面， -Ku12/4Ku2 2( Ku1/Ku2 )x ( Ku1+2Ku2 )/IS 36│K3│sin40/IS
∴可将B3、B5项并入B0及B6项最后，立方晶体的磁晶各向异性能 Fk i 的数学表达式为：
Fk K 0 K1 (1 2 ＋ 2 3 ＋ 3 1 )
2 2 2 2 2 2
K 21 2 3 ......
2 2 2
一般在考虑Fk相对于Ms取向变化时，常将K0略去：
反映磁体内磁化强度矢量取向与应力方向有关的特性。
• 感生磁各向异性：
许多铁磁性合金与铁氧体中，通过对磁体施以某种
方向性处理的工艺，可以感生出磁各向异性。感生各向异性又可分为： • 磁场热处理感生各向异性 • 弹性形变感生各向异性
• 生长感生各向异性

磁各向异性

[100]：1=1,2=0, 3=0
EA=0
[110]： 1 0,2 3 1/ 2 EA=K1/4
y [111]：1 2 3 1/ 3 EA=K1/3+K2/27
Fe: K1=4.72x104Jm-3 Ni: K1=-5.7x103Jm-3
K2=-0.075x104Jm-3
K2=-2.3x103Jm-3
Wij 2JSi S j 2JS 2 cos 其中，为S自旋的大小，而是Si 和Sj 间的夹角。右图自旋从a旋转到b所有自旋保持平行，因而=0,交换能没有改变。故交换能是各向同性。
要解释磁晶各向异性，必须考虑含有晶轴的能量项。如果假设自旋与原子連线的夹角为，则自旋对的能量经勒让德多项式展开为
磁晶各向异性与磁致伸缩
一、磁晶各向异性二、磁晶各向异性常数的测量方法三、磁晶各向异性的机理四、磁致伸缩五、磁致伸缩的机理六、磁致伸缩的测量方法七、感生磁各向异性八、非晶态
一、磁晶各向异性
序言：在磁性物质中，自发磁化主要来源于自旋间的交换作用，这种交换作用本质上是各向同性的，如果没有附加的相互作用存在，在晶体中，自发磁化强度可以指向任意方向而不改变体系的内能。实际上在磁性材料中:自发磁化强度总是处于一个或几个特定方向，该方向称为易轴。当施加外场时，磁化强度才能从易轴方向转出，此现象称为磁晶各向异性。
w(cos) g l(cos2 1) q(cos4 6 cos2 3 ) ......
3
7
35
w(cos) g l(cos2 1) q(cos4 6 cos2 3 ) ......
3
7
35
第一项与无关，对应于交换相互作用，第二项称为偶极相互作
用，因为若系数是

磁晶各向异性

Thank you！
按产生磁各向异性旳根源，其机理能够归
结为下面三种效应：
⑴ 原子对方向性排列（方向有序）效应 ⑵ 逆磁致收缩效应
2
1
⑶ 晶粒、晶粒边界旳形状效应
2 1
⑴原子对方向性排列效应，主要产生磁场感生各向异性或生长感生磁各向异性。假如是随机占位是无序态，假如分别占据 1-Fe和2-Al位则是有序态。
我们用Fe-Ni合金来解释，假
式中 K0为感生磁各向异性常数，为磁化强度和热处理外加
强磁场方向旳夹角。
定义 l0 是与磁化平行旳镍铁原子对中旳一种与其他原子互
换位置时发生旳能量变化。
现设镍旳浓度很小（远远不大于1），无序时就没有Ni Ni - 近邻如图（a），若磁场热处理时，铁镍原子旳位置互换如图(b)增长了一种铁铁对和一种镍镍对，同步降低了两个铁镍对。
磁场感生磁各向异性，在大块磁体和磁
性膜中都能够发生，尤其是在具有较高电子迁移率旳磁体中更轻易实现。当磁体从高温冷却时，施加外磁场，使之影响磁矩旳取向。假如磁体从高温急冷到常温，则有新旳感生方向被凝结于外磁场方向，从而形成磁场感生磁各向异性，而且为单轴各向异性。
2.3 感生磁各向异性旳机理
单向各向异性旳转矩体现式是：
L( ) Kd sin
转动磁滞代表正反旋转磁场一周分别测量旳转矩曲线所需要旳能量之差。其体现式为：
2
W 0 L( )d 其中为磁场H与磁化强度M旳夹角，则转矩为：
L( ) HM sin
Co-CoO在磁场中旳自由能涉及三部分： ⑴ Co旳单轴磁晶各向异性能； ⑵ Co与CoO界面旳单向各向异性能; ⑶ 磁场能。
异性。
3 互换各向异性
3.1 定义

磁各向异性能

磁各向异性能磁各向异性（Magneto-crystallineAnisotropy，简称MCA），是一种被广泛应用于磁性材料中的物理现象，它是指磁性材料在不同方位上具有不同的磁性特性。

它是磁性材料中磁晶结构及本征磁矩与应变结构和拓扑结构的综合效应。

在磁性材料中，微小的内部应变可以引起位错的构建，从而调节磁畴的能量，影响磁畴的取向，从而改变磁畴中的磁性特性。

在应用中，这种现象被用来控制磁性材料的性能。

MCA是一种由应力、拓扑和磁场综合作用导致的磁畴取向现象，它有助于理解材料中的磁性行为，也可以用来调控材料的磁性特性。

MCA可以被划分为简单磁各向异性、拓扑各向异性和电荷各向异性。

简单磁各向异性是由材料的结构所引起的，由磁晶结构及本征磁矩所决定，该类各向异性是最基本的形式，对对噪声效应不敏感。

拓扑各向异性受内部拓扑和外部应力影响，因此它更容易受到环境因素或应力影响，它可以用来改变材料磁性特性，从而被用于磁性存储器中。

电荷各向异性是由材料中电荷层状分布引起的一种现象，该类磁畴取向主要由电子自旋对材料中电荷密度所产生的磁场所引起，因此它可以用来改变材料的磁性特性。

MCA是目前磁性材料中最重要的磁性特性，它不仅可以控制磁性材料的磁畴取向，而且也可以控制磁性材料的磁性特性。

它广泛应用于磁性存储器，它使得磁性存储器可以在同一晶体中实现自动反转的功能，从而改善存储器的效能和寿命。

此外，MCA还可以用来改变磁性材料的放大器特性，以及用于动态过程控制。

随着材料科学技术的发展，MCA受到了越来越多的关注，它在电子科技中有着重要的应用。

例如，磁性存储器中的磁性涂层可以得到改善，而这种改善得益于MCA的用途，从而提高了性能的可靠性，从而增强了存储系统的可靠性。

此外，MCA也可以被用于电子设备中的磁畴检测和定位，从而提高系统性能。

以上，就是关于磁各向异性的相关介绍。

从该介绍可以看出，MCA 是当今磁性材料研究中非常重要的现象，它不仅可以改善磁性材料的性能，而且还有助于提高存储系统的可靠性。

磁性材料与器件-第三章-技术磁化课件

Co晶体：易轴为[0001]，故KU1、 KU2 >0
3.1.3 磁晶各向异性等效场
无外场时磁畴内的磁矩倾向于沿易轴方向取向，就好像在易磁化方向存在一个磁场，把磁矩拉了过去。它并不是真实存在的磁场，而是把磁晶各向异性能的作用等效为一个磁场作用。
求法：磁体在磁晶各向异性等效场中的磁场能＝磁晶各向异性能等效场
3.1.3 磁晶各向异性等效场
六角晶体（易轴为[0001]）
立方晶体：易轴[100] 易轴[111]
3.1.4 磁晶各向异性常易数磁化方向
H
转矩磁强计的原理是，当
磁场
样品(片状或球状)置于强磁场
中，使样品磁化到饱和。若易
磁化方向接近磁化强度的方向，
则磁晶各向异性将使样品旋转，
以使易轴与磁化强度方向平行
线磁致伸缩：纵向磁致伸缩、横向磁致伸缩体积磁致伸缩很小，可忽略
磁致伸缩系数：
s l / l
s l / l
3.1.6 磁致伸缩
S：饱和磁致伸缩系数 S>0 正磁致伸缩； S<0 负磁致伸缩
H
通过对材料施加拉应力或压应力，能引起材料的磁性能变化，即所谓的压磁效应，这是磁致伸缩的逆效应。
同磁晶各向异性的来源一样，由于原子或离子的自旋与轨道的耦合作用而产生。
Eex 2 AS 2 cos
单位面积畴壁中贮存的交换能为：
畴壁中包含的原子层数越多，畴壁越厚，在畴壁中引起的交换能量越小。单位面积畴壁中贮存的磁晶各向异性能为：
电子的自旋运动与轨道运动之间存在耦合作用电子轨道运动随自旋取向发生变化
3.1.5 磁晶各向异性起源
磁晶各向异性来源模型
（a）磁体水平磁化时，电子云交叠少，交换作用弱（b）磁体垂直磁化时，由于L-S耦合作用，电子云随自旋取向而转动，电子云交叠程度大，交换作用强。