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材化072班張倫辛苦排版第三章材料的磁學效能
1.磁性大致分為五大類：（χ稱為磁化率，磁化強度m ，外磁場h
h m =χ）（1）.抗磁體
χ為甚小負常數，大約在10-6數量級。表明其m 與h 反向，故抗磁體在磁場中受微弱斥力。
（2）.順磁體
χ為正常數，約為10-3~10-6數量級。表明m 與h 同向，故順磁體在磁場中受微弱的引力。
（3）.反鐵磁體
χ是甚小的正常數，當t 高於某個溫度時，其行為像順磁體。（4）.鐵磁體χ為很大的正變數，約在10~106數量級，這表明m 與h 同向且在不大的h 作用下，就能產生很大的m ，故鐵磁體在磁場中被強烈磁化受到強大的吸引。
（5）.亞鐵磁體類似鐵磁體，但χ值沒有鐵磁體那樣大。
圖 3.1五類磁體的磁化曲線
2.物質的磁性及其物理本質
原子的磁距主要由電子磁距組成，而電子的磁距又是其軌道磁距和自旋磁距的向量和。只有當某一電子殼層未被電子排滿時，這個殼層的電子總磁距才不為零，該原子對外就要顯示磁距。由於不同的原子具有不同的電子殼層，因而對外表現出不同的磁距，所以當這些原子組成不同的物質是也要表明出不同磁性來。
3.物質的抗磁性物質的抗磁性不是由電子的軌道磁距和自旋磁距本身所產生，而是由外磁場作用下電子迴圈運動產生的附加磁距所造成的。既然抗磁性是電子的軌道運動產生的，而任何物質又都存在這種運動，故可以說任何物質在外磁場作用下都要產生抗磁性。
（但應注意，這並不能說明任何物質都是抗磁體，這是因為原子除了產生抗磁距外，還有軌道磁距和自旋磁距產生的順磁磁距。在此情況下只有那些抗磁性大於順磁性的物質才能稱為抗磁體。）
4.物質的順磁性（如何產生）
順磁體的原子或離子是有磁距的（稱為原子固有磁距，它是電子的軌道磁距和自旋磁距的向量和），起源於原子內為填滿的電子殼層（如過渡元素的d 層，稀土金屬的f 層），
或源自具有奇數個電子的原子。
順磁性抗磁性磁性本質（**） 1.原子核自旋（可忽略）
2.電子自旋（影響大）
3.軌道（繞核）運動（影響小）
4.軌道改變
無外磁場時，由於熱振動的影響，其原子磁距的取向是無序的，故總磁距為零。當有外磁場作用時，則原子磁距便排向外磁場的方向，總磁距便大於零而表現為正向磁化。
5.金屬的抗磁性和順磁性
我們知道，金屬是由點陣離子和自由電子構成，故金屬的磁性要考慮到點陣結點上正離子的抗磁性和順磁性，自由電子的抗磁性與順磁性。如前所述，正離子的抗磁性源自於其電子的軌道運動，正離子的順磁性源於原子的固有磁距。而自由電子的磁性可簡述如下：
其順磁性的源自於電子的自旋磁距，在外磁場作用下，自由電子的自旋磁距轉到了外磁場方向；自由電子的抗磁性源自於其在外磁場中受洛倫茲力而做的圓周運動，這種圓周運動產生的磁距同外磁場反向。這四種磁性可能單獨存在，也可能共同存在，要綜合考慮哪個因素的影響最大，從而確定其磁性的性質。
6.物質的鐵磁性及其物理本質
（在分子場假說的基礎之上發展了自發磁化理論，解釋了鐵磁性的本質；在磁疇假說的基礎上發展了技術磁化理論，解釋了鐵磁體在外磁場中的行為。）
鐵磁質的磁性是自發產生的，磁化過程只不過是把鐵磁質本身的磁性顯示出來。鐵磁質自發磁化的起因是源於原子未被抵消的自旋磁距，而軌道磁距對鐵磁性幾乎無貢獻（由於凝聚成晶體時，原子外層電子軌道受到點陣週期的作用，方向是變動的，故不能產生聯合磁距，即軌道磁距對總磁距無貢獻）。金屬要具有鐵磁性，關鍵還在於它的自旋磁距能自發的排列在同乙個方向上，亦即能產生自發磁化。
根據鍵合理論可知，原子相互接近形成分子時，電子雲要相互重疊，電子要相互交換。對於過渡族金屬，原子的3d的狀態與s態能量相差不大，因此它們的電子雲也將重疊，引起s、d狀態電子的再分配。這種交換便產生一種交換能eex(與交換積分有關)，此交換能有可能使相鄰原子內d層末抵消的自旋磁矩同向排列起來。
量子力學計算表明，當磁性物質內部相鄰原子的電子交換積分為正時(a＞0)，相鄰原子磁矩將同向平行排列，從而實現自發磁化。這就是鐵磁性產生的原因。這種相鄰原子的電子交換效應，其本質仍是靜電力迫使電子自旋磁矩平行排列，作用的效果好像強磁場一樣。
綜上所述，鐵磁性產生的條件：①原子內部要有末填滿的電子殼層；②及rab／r之比大於3使交換積分a為正。前者指的是原子本徵磁矩不為零；後者指的是要有一定的晶體結構。（rab為點陣常數）
7.磁疇的起因
從能量的觀點，這種磁疇的形成是能量最小原則的必然結果。換言之，形成磁疇是為了降低系統的能量（主要是降低退磁能和磁彈性能）。因磁疇結構受交換能、磁晶能、磁彈性能、疇壁能和退磁能的影響，平衡狀態時的磁疇結構，應使這些能量之和為最小值。
下面就從這一觀點來研究磁疇的形成過程。
以鐵磁體單晶體為例，根據自發磁化的理論，在冷卻到居里點以下且不受外磁場作用的鐵磁晶體中，由於交換作用力圖使整個晶體自發磁化至飽和，磁化顯然應沿晶體的易磁化方向，這樣才能使交換能和磁晶能都處於最小值。但因晶體有一定的形狀和尺寸，整個晶體均勻化的結果必然會產生磁極，有磁極就必然會產生退磁場，從而給系統增加了退磁能，這個退磁場將要破壞已形成的自發磁化。這個矛盾相互作用的結果將使大磁疇分割為小磁疇。
如圖所示，若鐵磁單晶體只存在乙個自發磁化區，如（a）所示，則磁體的兩極必然要產生很高的退磁場能。從能量的觀點:○1.
若把晶體分為若干個平行反向的自發區域，則可以大大地降低退磁能，如圖（b）和圖（c）所示。因此可以說減少退磁能是分疇的基本動力。○2.
若能形成圖（d）所示的封閉式的疇壁結構（即出現三角形的封閉疇），由於其具有封閉磁通的作用，故可以使退磁能降低為零。當鐵磁體的各種能量之和具有最小值時，才能取得平衡狀態的磁疇結構。
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