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磁疇
物理學(xué)學(xué)科中的概念
磁疇（Magnetic Domain），理論是用量子理論從微觀上說明鐵磁質(zhì)的磁化機(jī)理。所謂磁疇，是指鐵磁體材料在自發(fā)磁化的過程中為降低靜磁能而產(chǎn)生分化的方向各異的小型磁化區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)部包含大量原子，這些原子的磁矩都像一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同，如圖所示。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁。宏觀物體一般總是具有很多磁疇，這樣，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，它也就不能吸引其它磁性材料。也就是說磁性材料在正常情況下并不對外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對外顯示出磁性。
簡介
分子或原子是構(gòu)成物質(zhì)材料的基元，基元中電子繞著原子核的運(yùn)轉(zhuǎn)形成了電流，該電流產(chǎn)生的磁場，使每個(gè)基元都相當(dāng)于一個(gè)微小的磁體，由大量基元組成一個(gè)集團(tuán)結(jié)構(gòu)，集團(tuán)中所有基元產(chǎn)生的磁場都同方向整齊排列，這樣的集團(tuán)叫做磁疇。在居里溫度以下，在大塊鐵磁性或亞鐵磁性（見鐵氧體）單晶體（或多 晶體中的晶粒）中，形成很多小區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)的原子磁矩沿特定的方向排列，呈現(xiàn)均勻的自發(fā)磁化。但是在不同的區(qū)域內(nèi)，磁矩的方向不同，使得晶體總的磁化強(qiáng)度為零。這種自發(fā)磁化的小區(qū)域也稱為磁疇。
磁疇
在鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部，由于原子的磁矩不等于零，每一個(gè)原子的表現(xiàn)就好似微小的永久磁鐵。假設(shè)聚集于一個(gè)小區(qū)域的原子，其磁矩都均勻地同向平行排列，則稱這小區(qū)域?yàn)榇女牷蛲馑巩牐╓eiss domain）。使用磁力顯微鏡（magnetic force microscope），可以觀測到磁疇。
磁疇的種類分為：a）單獨(dú)磁疇。b）兩個(gè)異向磁疇。c）多個(gè)磁疇，最小能量態(tài)。磁疇所生成的磁場以帶箭頭細(xì)曲線表示。磁化強(qiáng)度以帶箭頭粗直線表示。
磁疇
原理簡析
形成示意圖
磁疇的存在是能量極小化的后果。這是物理學(xué)家列夫·朗道和葉津·李佛西茲（Evgeny Lifshitz）提出的點(diǎn)子。假設(shè)一個(gè)鐵磁性長方體是單獨(dú)磁疇（圖a），則會(huì)有很多正磁荷與負(fù)磁荷分別形成于長方塊的頂面與底面，從而擁有較強(qiáng)烈的磁能。假設(shè)鐵磁性長方塊分為兩個(gè)磁疇（圖b），其中一個(gè)磁疇的磁矩朝上，另一個(gè)朝下，則會(huì)有正磁荷與負(fù)磁荷分別形成于頂面的左右邊，又有負(fù)磁荷與正磁荷相反地分別形成于底面的左右邊，所以，磁能較微弱，大約為圖a的一半。假設(shè)鐵磁性長方塊是由多個(gè)磁疇組成，如圖c所示，則由于磁荷不會(huì)形成于頂面與底面，只會(huì)形成于斜虛界面，所有的磁場都包含于長方塊內(nèi)部，磁能更微弱。這種組態(tài)稱為“閉磁疇”（closure domain），是最小能量態(tài)。
當(dāng)鐵磁質(zhì)處于外磁場中時(shí)，那些自發(fā)磁化方向和外磁場方向成小角度的磁疇其體積隨著外加磁場的增大而擴(kuò)大并使磁疇的磁化方向進(jìn)一步轉(zhuǎn)向外磁場方向。另一些自發(fā)磁化方向和外磁場方向成大角度的磁疇其體積則逐漸縮小，這時(shí)鐵磁質(zhì)對外呈現(xiàn)宏觀磁性。當(dāng)外磁場增大時(shí)，上述效應(yīng)相應(yīng)增大，直到所有磁疇都沿外磁場排列達(dá)到飽和。由于在每個(gè)磁疇中個(gè)單元磁矩已排列整齊，因此具有很強(qiáng)的宏觀磁性。
性質(zhì)
磁疇
從物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來看，鐵磁質(zhì)內(nèi)電子間因自旋引起的相互作用是非常強(qiáng)烈的，在這種作用下，鐵磁質(zhì)內(nèi)部形成了一些微小的自發(fā)磁化區(qū)域，叫做磁疇。每一個(gè)磁疇中，各個(gè)電子的自旋磁矩排列的很整齊，因此它具有很強(qiáng)的磁性。磁疇的體積約為10 m ～10 m ，內(nèi)含約10 ～10 個(gè)原子。在沒有外磁場時(shí)，鐵磁質(zhì)內(nèi)各個(gè)磁疇的排列方向是無序的，所以鐵磁質(zhì)對外不顯磁性。當(dāng)鐵磁質(zhì)處于外磁場中時(shí)，各個(gè)磁疇的磁矩在外磁場的作用下都趨向于沿外磁場中的磁化程度非常大，它所建立的附加磁場強(qiáng)度B'比外磁場的磁場強(qiáng)度B在數(shù)值上一般要大幾十倍到數(shù)千倍，甚至達(dá)數(shù)萬倍。
移動(dòng)
相鄰磁疇的界限稱為磁疇壁，磁疇壁是一個(gè)過渡區(qū)，具有一定的厚度。磁疇的磁化方向在疇壁處不能突然轉(zhuǎn)一個(gè)很大的角度（主要有180°和90°兩種），而是經(jīng)過疇壁一定厚度逐步轉(zhuǎn)過去的，即在這個(gè)過渡區(qū)中原子磁矩是逐步改變方向的。疇壁內(nèi)部的能量總比疇內(nèi)的能量高，壁的厚薄和面積大小都使它具有一定能量。
結(jié)構(gòu)
磁疇的形狀尺寸。疇壁的類型與厚度總稱為磁疇結(jié)構(gòu)。同一磁性材料，如果磁疇結(jié)構(gòu)不同，則其磁化行為也不同，所以磁疇結(jié)構(gòu)不同是鐵磁性物質(zhì)磁性千差萬別的原因之一。磁疇結(jié)構(gòu)受到交換能、各向異性能、磁彈性能、磁疇壁能、退磁能的影響。平衡狀態(tài)時(shí)的疇結(jié)構(gòu)，這些能量之和應(yīng)具有最小值。
根據(jù)自發(fā)磁化理論，在冷卻到居里點(diǎn)以下而不受外磁場作用的鐵磁晶體中，由于交換作用使得整個(gè)晶體自發(fā)磁化達(dá)到飽和，顯然，磁化方向應(yīng)該沿著晶體的易軸，因?yàn)檫@樣交換能和磁晶能才都處于最小值。但因?yàn)榫w有一定的大小與形狀，整個(gè)晶體均勻磁化的結(jié)果必然產(chǎn)生磁極，磁極的退磁場卻給系統(tǒng)增加了一部分退磁能。對于“單疇”從能量觀點(diǎn)，把磁體分為n個(gè)區(qū)域時(shí)。退磁能降為原來的1/n，減少退磁能是分疇的基本動(dòng)力。但由于兩個(gè)相鄰磁疇間存在疇壁，又需要增加一定的疇壁能，因此自發(fā)磁化區(qū)域的劃分不能無限小，而是以疇壁能及退磁能相加等于極值為條件。為了降低能量。晶體邊緣表面附近為封閉磁疇，它們使得退磁能降為零。一個(gè)系統(tǒng)從高磁能的飽和組態(tài)變?yōu)榈痛拍艿姆之牻M態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)能量降低的可能性是形成磁疇結(jié)構(gòu)的原因。
對于多晶體來說晶界，第二相。晶體缺陷、夾雜，應(yīng)力、成分的不均勻性等對疇結(jié)構(gòu)有顯著的影響。每一個(gè)晶粒會(huì)包含許多疇，在一個(gè)磁疇內(nèi)，磁化強(qiáng)度一般都沿著晶體的易磁化方向。對于非織構(gòu)的多晶體，各晶粒的取向是不同的，因此在不同晶粒內(nèi)部磁疇的取向是不同的。為了減少退磁場能，在夾雜物附近會(huì)出現(xiàn)附加疇。在平衡狀態(tài)時(shí)，疇壁一般都跨越夾雜物。
溫度影響
從實(shí)驗(yàn)中我們得知，鐵磁質(zhì)的磁化和溫度有關(guān)。隨著溫度的升高，它的磁化能力逐漸減小，當(dāng)溫度升高到某一溫度時(shí)，鐵磁性就完全消失，鐵磁質(zhì)退化成順磁質(zhì)。這個(gè)溫度叫做居里溫度或叫居里點(diǎn)。這是因?yàn)殍F磁質(zhì)中自發(fā)磁化區(qū)域因劇烈的分子熱運(yùn)動(dòng)而遭到破壞，磁疇也就瓦解了，鐵磁質(zhì)的鐵磁性消失，過渡到順磁質(zhì)，從實(shí)驗(yàn)知道，鐵的居里溫度是1043K，78%坡莫合金的居里溫度是873K，45%坡莫合金的居里溫度是673K。
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