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AFM3.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。a.比热反常：铁磁物质的定压比热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。Gd的电阻率是各向异性的，而且在居里温度以下增加很快。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，。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。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。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。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。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）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为磁致伸缩。通常用长度的相对变化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。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λs→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（Hd＝－NM)。其作用在于削弱外磁场，故称为退磁场。因此，材料内部的总磁场强度为在均匀各向同性磁介质中，可写成数量表达式H＝He－Hd§3.2铁磁性自发磁化的唯象理论19世纪70s初，在实验上正确地测量出铁磁物质的磁化曲线。一、铁磁性的“分子场”理论顺磁体服从居里定律铁磁体在居里温度以上服从居里－外斯定律∴铁磁体中存在一个附加磁场，而原子磁矩实际受到的是外磁场和附加磁场的共同作用这一附加磁场被称为分子场：比例系数称为分子场系数。分子场的数值估计：设铁磁物质中每个原子的磁矩为，在分子场作用下平行排列（自发磁化）。分子场与原子磁矩的作用能为，另外：原子热运动将扰乱原子磁矩的自发磁化，当温度达到居里温度时，自发磁化消失，此时原子热运动能量与自发磁化的