电子科技大学铁磁学课件

磁致伸缩对材料的µi以及Hc等有很重要的影响。此外， 其效应本身在实际应用中也有重要作用：
超声波发生器和接受器
传感器（力、速度、加速度等）
延迟线 滤波器 稳频器 磁声存贮器等
要求：λ s大、灵敏度
高、磁-弹偶合系数 大
磁致伸缩系数与温度 之间关系比较复杂，而且 随磁化状态和不同的测量 方向而改变。
一般说来，当T→Tc时， 磁致伸缩趋于消失，即 λ s→0。
（3）“磁荷”与退磁 当研究铁磁材料被磁化以后的性质时，存在着两种不
同的观点，即分子电流的观点和磁荷的观点。它们是从不 同的角度去描述同一现象，所以得到的结论是一样的。
如果铁磁体的形状不是闭合形的或不是无限长的，则 在磁化时材料内的总磁场强度H将小于外磁场强度He，这 是因为铁磁体被磁化以后要产生一个退磁场强度Hd，在材 料内部Hd的方向总是与磁化强度M的方向相反
Fe3O4性能的利用
（2）磁致伸缩：铁磁材料由于磁
化状态的变化而引起的长度变化称
Co 为磁致伸缩。通常用长度的相对变
Ni
化
ll0 l0
来表示磁致伸缩的大
小。 称为磁致伸缩系数。
既然磁致伸缩是由于材料内部磁化状态的改变而引起 的长度变化，反过来，如果对材料施加一个压力或张力， 使材料长度发生变化的话，材料内部的磁化状态亦随之变 化，这是磁致伸缩的逆效应，通常称为压磁效应。
铁磁物质在居里温度附近被强磁场磁化时，交换作用 能变化较大，故温度上升较明显。
T与M2成比例，或者说T与H成比例，H表示物体 在磁化前后的外加磁场差值。由T～M2可以看出，在Tc
附近，H较小时不满足线性关系。对于T= Tc M0=0 时， T～Mn。实验结果表明：Fe，Co，Ni的n值分别为
a.比热反常：铁磁物质的定压比热 C p 通常要比非铁磁物质
要大，而且在某一温度处有一个
尖锐的峰。
b.电阻反常：电阻率随温度的变化曲线在某个特定 温度处有一个转折，在低于该温度区 域电阻率上升较快，高于该温度区域 后电阻率增加较慢。
一些金属的电阻率， 在温度比较低范围内， 电阻率上升是非线性的。
Gd的电阻率是各向异性的， 而且在居里温度以下增加很 快。
磁化饱和，并在Ms~T曲线存在居里点Tc是自发磁化存在的
证据。1931年毕特（bitter）等人观测了磁畴，其大小在 10－3～10－5cm范围。
观察磁畴的方法： 1. 粉纹法 2. 原子力显微镜 AFM 3. Kerr效应、 Faraday效应
利用入射光的偏振面在不同的磁畴方向会有 不同的偏转。 4. X-Ray形貌法
K1、k2 k1
k2
100 200 300
k
Fe的k1、k2 ～T曲线
K1、k2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
k1 k2
100 200 300 T(k)
Ni的k1、k2 ～T曲线
Ku1、ku2 Ku1
Ku2 200 400 600 T(k)
520k Co的k1、k2 ～T曲线
亚铁磁性物质的磁 晶各向异性常数与T的 变化关系也十分复杂。
2.32，2.58，2.82
此外，还有诸如 热膨胀系数 磁电阻 杨氏模量等
对温度的依赖关系也具有反常现象。
所有这些反常现象的极值都发生在同一温度处，而这个温 度与磁化强度急剧下降到零的温度Tc一致，因此，必须把 Tc看成是铁磁状态的临界温度，即居里温度。同时这些都非 常明确地证明了自发磁化的存在。
这主要是由自旋散射所致。 晶格散射（声子部分）占比 重较小，并且晶格散射的电 阻率在居里温度处没有转折 现象，在c轴方向，高于居里 温度100k范围内存在自旋短 程有序涨落效应。
C.磁卡效应：磁体在绝热磁化时温度会升高。
只有在顺磁磁化情况下，T 0。也即必须超过饱和
磁化才能使铁磁物质内自旋平行度有所增加，交换能和外 磁场能都降低，这一降低了的能量变成了热能。由于绝热 条件，磁体温度升高。相反，在去掉外磁场后，自旋有序 程度有所降低，交换作用能增加，这一过程必须依靠降低 热能才能发生，所以磁体变冷了。
更有力的直接证明自发磁化的实验是中子衍射。利用中 子衍射，还可确定许多种自旋排列的有序性：
Mn金属：反铁磁性 稀土元素：螺旋结构、正弦波动变化、锥形螺旋性等。
二、铁磁物质中的基本现象
除了存在居里温度外，铁磁性物质还具有如下引人注 目的现象
（1）磁晶各向异性
磁化曲线随晶轴方向不同而有所差别，即磁性随晶轴
方向而异，这种现象存在于铁磁性晶体中，称之为磁晶各
向异性。 [100]
M
M
[0001]
M
[111]
[110] [111]

[1010]
[110] [100]
H
单晶Fe M～H曲线
H
单晶Co M～H曲线
H
单晶Ni M～H曲线
一般常用各向异性常数K1、K2（立方晶体），Ku1、Ku2 （六角晶系或单轴情况）来表示晶体中各向异性的强弱。 它对铁磁体的µi 、Hc等结构灵敏量影响很大，并且随温度 的变化关系比较复杂。一般都是随温度上升而急剧变小。
2.非磁物理现象与自发磁化
具有铁磁性的物质，其比热、电导率、热膨胀系数
等非磁性物理量，在磁性转变温度以下和附近出现较为突
出的反常现象，这种反常现象的消失总是与铁磁性的消失
具有相同的温度，而且重要的是这种反常现象与铁磁物质
是否处于技术磁化状态（如饱和磁化、剩磁、退磁、….） 无关，亦即反常性对于铁磁物质所受外界磁化状态是不敏 感的，这说明自发磁化起了决定性的作用。
强的分子场，使原子磁矩有序排列形成自发磁化，这种自 发磁化又局限在一个个被称为磁畴的小区域（10-3—10-5cm 中。由于物体存在许多这样的小区域，各个小区域的自发 磁化方向又不尽相同,因此在无外加磁场时它们互相抵消， 而显示不出宏观磁性。
1.磁化强度与外磁场强度和温度的关系实验
铁磁物质在很低的外磁场（H~10Oe或103A/m）下就
第三章 自发磁化的唯象理论
§3.1 铁磁性的基本特点和基本现象 §3.2 铁磁性自发磁化的唯象理论 §3.3 “分子场”理论的改进和发展 §3.4 反铁磁性“分子场”理论 §3.5 亚铁磁性唯象理论 §3.6 磁结构的多样性
§3.1 铁磁性的基本特点和基本现象
一、铁磁物质的基本特点 Weiss分子场假说(1907年）认为：在铁磁物质中存在很