磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第1頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

物質(zhì)的一種基本屬性，正像物質(zhì)具有質(zhì)量一樣，它的特征是：物質(zhì)在非均勻磁場(chǎng)中要受到磁力的作用。在具有梯度的磁場(chǎng)中，物質(zhì)受力的大小和方向反映著物質(zhì)磁性的特征。磁場(chǎng)：在場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)受到作用力的物理場(chǎng)。電磁學(xué)給出的定義：(見(jiàn)胡有秋等電磁學(xué)p202)F：運(yùn)動(dòng)電荷q受到的力；q：電荷量；

v：電荷運(yùn)動(dòng)速度；

B稱作磁通密度或磁感應(yīng)強(qiáng)度，是表征磁場(chǎng)方向和大小的物理量。其單位是：特斯拉（T=N·A-1m-1=Wb·m-2）。1.1靜磁現(xiàn)象磁性：第2頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一磁性被定義為物質(zhì)在不均勻磁場(chǎng)中會(huì)受到磁力作用的一種屬性，顯然不能再定義磁場(chǎng)就是使物質(zhì)受到磁力作用的場(chǎng)，這樣相互定義是不科學(xué)的，因此磁場(chǎng)是由在場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)著的帶電粒子所受到的力來(lái)確定的，這種力稱作洛倫茲（Lorentz）力，它的作用是使帶電粒子的路徑發(fā)生彎曲，洛倫茲力的大小正比于電荷量q,電荷運(yùn)動(dòng)速度v和磁通密度B

的乘積，其方向則垂直于v和B所形成的平面,它和磁性物質(zhì)在不均勻磁場(chǎng)中受到的磁力相比，性質(zhì)上是完全不相同的，這就避免了又用磁性定義磁場(chǎng)所產(chǎn)生的問(wèn)題。歷史上曾用磁荷受力來(lái)定義磁場(chǎng)，所以先有了磁場(chǎng)強(qiáng)度的定義，在確定用運(yùn)動(dòng)電荷受力確定磁場(chǎng)后，就只能選用磁通密度（磁感應(yīng)強(qiáng)度）來(lái)表述磁場(chǎng)了。第3頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一M：物質(zhì)的磁化強(qiáng)度；：真空磁導(dǎo)率：選用磁通密度（磁感應(yīng)強(qiáng)度）表述磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度H

只是作為與磁場(chǎng)中任意點(diǎn)的磁通密度相聯(lián)系的一個(gè)輔助矢量而引入的。第4頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一沒(méi)有磁介質(zhì)存在（M=0）只有傳導(dǎo)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)，表述磁場(chǎng)的兩個(gè)物理量之間才存在著簡(jiǎn)單關(guān)系：磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位是：空間總磁場(chǎng)是傳導(dǎo)電流和磁化電流產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度之矢量和。第5頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一磁性物質(zhì)在磁場(chǎng)中磁化，磁化強(qiáng)度M

和磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系是：該關(guān)系中，磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度是同量綱的，所以這里的磁化率是無(wú)量綱的，是一個(gè)純粹的數(shù)字，但應(yīng)注意到由于磁化強(qiáng)度定義為單位體積的磁矩，所以公式中的磁化率暗含著單位體積磁化率的意義。第6頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在理論推導(dǎo)和測(cè)量中，常常使用另外兩種定義：質(zhì)量磁化率：d

是材料的密度（kg﹒m-3）克分子磁化率：n為每mol物質(zhì)的量在查閱文獻(xiàn)資料時(shí)要注意到幾種磁化率的不同使用。第7頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

磁化率的正負(fù)和大小反映出物質(zhì)磁性的特征。粗略可以分為：（通常人們習(xí)慣說(shuō)有磁物質(zhì)和無(wú)磁物質(zhì)是不科學(xué)的）強(qiáng)磁性物質(zhì)：>0，例：鐵，F(xiàn)e3O4弱磁性物質(zhì)：順磁性物質(zhì)：0<<<1，例：氧氣，鋁抗磁性物質(zhì)：<0，｜｜<<1，例：水，銅介質(zhì)方程：給出磁化狀態(tài)和磁場(chǎng)的關(guān)系物質(zhì)的磁化率可以是溫度或/和磁場(chǎng)的函數(shù)。第8頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一磁化強(qiáng)度M和磁極化強(qiáng)度J

：都是表述物質(zhì)磁化狀態(tài)的量。磁化強(qiáng)度M定義為物質(zhì)單位體積的磁矩：是一個(gè)面積為s

的電流為i

的環(huán)形電流的磁矩。單位是A﹒m2,因此磁化強(qiáng)度的單位是A﹒m-1,它和磁場(chǎng)強(qiáng)度

H的單位是一樣的。磁極化強(qiáng)度J

定義為物質(zhì)單位體積的磁偶極矩：jm

是一個(gè)長(zhǎng)度為l,磁荷為±qm的磁偶極子，其單位是：Wb﹒m，因此磁極化強(qiáng)度的單位是：Wb﹒m-2(和磁感應(yīng)強(qiáng)度B單位T特斯拉一致)兩個(gè)物理量之間的關(guān)系為：

有些文獻(xiàn)中兩個(gè)量的名稱不加區(qū)別，但我們可以從它使用的單位中加以區(qū)分。第9頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第10頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第11頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第12頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一有磁介質(zhì)時(shí)上述物理量之間的關(guān)系：

0稱作絕對(duì)磁導(dǎo)率，

=1+

稱作相對(duì)磁導(dǎo)率，是一個(gè)無(wú)量綱量，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，也稱它為（介質(zhì)）磁導(dǎo)率。磁化率和磁導(dǎo)率以不同方式表述了材料對(duì)外磁場(chǎng)的響應(yīng)，反映了材料最重要的性質(zhì)。因?yàn)槭莾蓚€(gè)矢量之間的關(guān)系，所以一般情況下它們都是張量。第13頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第14頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在文獻(xiàn)中還常使用比磁化強(qiáng)度σ的概念：?jiǎn)挝唬篈﹒m2﹒kg-1d是物質(zhì)的密度，σ實(shí)際是單位質(zhì)量物質(zhì)的磁矩矢量和。第15頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一退磁場(chǎng)：有限幾何尺寸的磁體在外磁場(chǎng)中被磁化后，表面將產(chǎn)生磁極，從而使磁體內(nèi)部存在與磁化強(qiáng)度M方向相反的一種磁場(chǎng)，起減退磁化的作用，稱為退磁場(chǎng)Hd。

如果磁體還同時(shí)受到外磁場(chǎng)的作用，這時(shí)磁性體內(nèi)部的有效磁場(chǎng)為：

第16頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

Hd

的大小與磁體形狀及磁極強(qiáng)度有關(guān)。若磁體磁化是均勻的，則退磁場(chǎng)也是均勻的，可以表示為：N

稱作退磁因子，它的大小與M無(wú)關(guān)，只依賴于樣品的幾何形狀及所選取的坐標(biāo)，一般情況下它是一個(gè)二階張量。第17頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

均勻磁化的磁性體中外磁場(chǎng)、退磁場(chǎng)、有效磁場(chǎng)三者關(guān)系示意圖HexMHd++++----第18頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一旋轉(zhuǎn)橢球形狀樣品的磁化是均勻的，我們選取坐標(biāo)系與橢球的主軸重合，則退磁場(chǎng)的三個(gè)分量可以表示為：如果磁性體不是橢球形狀，即使在均勻外場(chǎng)中，磁化也是不均勻的，這時(shí)退磁場(chǎng)的大小和方向隨位置而變，很難用退磁因子來(lái)表示。在CGS單位值中第19頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一旋轉(zhuǎn)橢球的極限情況：第20頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一顯然，磁性體在磁化過(guò)程中，也將受到自身退磁場(chǎng)的作用，產(chǎn)生退磁場(chǎng)能，它是在磁化強(qiáng)度逐步增加的過(guò)程中外界做功逐步積累起來(lái)的，單位體積內(nèi)對(duì)于均勻材料制成的橢球樣品，容易得出;N

是磁化方向的退磁因子。對(duì)于非球形樣品，沿不同方向磁化時(shí)退磁場(chǎng)能大小不同，這種由形狀造成的退磁場(chǎng)能隨磁化方向的變化，通常也稱形狀各向異性能。退磁能的存在是自發(fā)磁化后的強(qiáng)磁體出現(xiàn)磁疇的主要原因。第21頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一適用條件：磁體內(nèi)部均勻一致，磁化均勻。第22頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一退磁場(chǎng)對(duì)樣品磁性能的影響是明顯的：有退磁場(chǎng)是曲線傾斜

所有材料性能表給出的磁導(dǎo)率等數(shù)值都是針對(duì)有效磁場(chǎng)的數(shù)值，材料性能的實(shí)際測(cè)量中必須盡量克服退磁場(chǎng)的影響。第23頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一見(jiàn)<應(yīng)用磁學(xué)>p19環(huán)狀樣品退磁場(chǎng)為零第24頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

磁極化強(qiáng)度為J的磁體，處在外磁場(chǎng)H

中,將受到一個(gè)力矩作用：該力矩的作用是使磁極化強(qiáng)度和外磁場(chǎng)同向。如果把磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，使J

和H的夾角θ增加，就要對(duì)磁體做功，因而磁體的能量增加。外磁場(chǎng)能第25頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

假定磁性體在外力作用下使其夾角由θ0

到

θ，它所增加的磁勢(shì)能為：為方便使用，取為零點(diǎn)，于是磁性體在外磁場(chǎng)中，單位體積的能量為：外磁場(chǎng)能第26頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一H第27頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.2.材料的磁化一、磁化曲線表示磁場(chǎng)強(qiáng)度H與所感生的B或M之間的關(guān)系O點(diǎn)：H＝0、B＝0、M＝0，磁中性或原始退磁狀態(tài)OA段：近似線性，起始磁化階段AB段：較陡峭，表明急劇磁化H<Hm時(shí)，二曲線基本重合。H>Hm后，M逐漸趨于一定值MS（飽和磁化強(qiáng)度），而B(niǎo)則仍不斷增大(原因?)由B－H（M－H）曲線可求出μ或

χ

第28頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一磁化曲線是反映材料特性的基本曲線，從中可以得到標(biāo)志材料的參量：飽和磁化強(qiáng)度Ms、起始磁化率a

和最大磁化率m。Ms可以理解為該溫度下的自發(fā)磁化強(qiáng)度M0抗磁性物質(zhì)磁化曲線順磁性物質(zhì)磁化曲線第29頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一從磁感應(yīng)強(qiáng)度——磁場(chǎng)曲線上得到：

起始磁導(dǎo)率

最大磁導(dǎo)率第30頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一剩余磁化強(qiáng)度Mr，矯頑力Hc二.磁滯回線磁滯回線從飽和磁化狀態(tài)開(kāi)始，再使磁化場(chǎng)減小，B或M不再沿原始曲線返回。當(dāng)H＝0時(shí)，仍有一定的剩磁Br或Mr。為使B（M）趨于零，需反向加一磁場(chǎng)，此時(shí)H=Hc稱為矯頑力。BHC：使B＝0的Hc。MHC：M＝0時(shí)的Hc（內(nèi)稟矯頑力）一般|BHC|<|MHC|第31頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一矯頑力Hc是表征材料在磁化后保持磁化狀態(tài)的能力。

H從正的最大到負(fù)的最大，再回到正的最大時(shí)，B—H或M—H形成一封閉的曲線——磁滯回線。（磁材的重要特性之一)

磁滯回線的第二象限為退磁曲線（依據(jù)此考察硬磁材料性能）,(BH)為磁能積，表征永磁材料中能量大小。(BH)max

是永磁的重要特性參數(shù)之一。第32頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一將退磁曲線上的對(duì)B作用，可得對(duì)B的關(guān)系曲線。磁化曲線與磁滯回線是磁性材料的重要特征，能反映許多磁特性，如：μ、

MS(Bs)、Mr(Br)、BHC(MHC)、(BH)max

等。第33頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第34頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第35頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一B-H回線和M-H回線。第36頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一不同的回線形狀反映了不同的磁性質(zhì)，有著不同的應(yīng)用。第37頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

研究凝聚態(tài)物質(zhì)各種磁性表現(xiàn)的起因是磁性物理的主要任務(wù)，其中強(qiáng)磁性物質(zhì)在技術(shù)領(lǐng)域有著突出作用，所以影響強(qiáng)磁性物質(zhì)磁性的機(jī)理是我們課程最為關(guān)注的。1.3磁性和磁性材料的分類固體磁性原子、離子的磁矩（順、抗磁）晶體結(jié)構(gòu)和晶場(chǎng)類型（自旋、軌道貢獻(xiàn)）相鄰原子、電子間的相互作用（磁有序）第38頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一為了方便研究物質(zhì)磁性的起因，我們可以按其在磁場(chǎng)中的表現(xiàn)把物質(zhì)進(jìn)行分類，例如依據(jù)磁化率的正負(fù)、大小及其與溫度的關(guān)系來(lái)進(jìn)行分類，分類是否科學(xué)取決于是否反映了內(nèi)在磁性機(jī)理上的不同。隨著研究的深入，分類也在不斷完善和細(xì)化，到上個(gè)世紀(jì)70年代為止，在晶狀固體里，共發(fā)現(xiàn)了五種主要類型的磁結(jié)構(gòu)物質(zhì)，它們的形成機(jī)理和宏觀特征各不相同，對(duì)它們的成功解釋形成了今天的磁性物理學(xué)核心內(nèi)容。上世紀(jì)70年代以后，隨著非晶材料和納米材料的興起，又發(fā)現(xiàn)了一些新的磁性類型，對(duì)它們的研究尚在深化之中，課程只做初步介紹。一.物質(zhì)的磁性分類第39頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

這是19世紀(jì)后半葉就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并研究的一類弱磁性。它的最基本特征是磁化率為負(fù)值且絕對(duì)值很小，<0，<<1

顯示抗磁質(zhì)在外磁場(chǎng)中產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)反向，在不均勻的磁場(chǎng)中被推向磁場(chǎng)減小的方向，所以又稱逆磁性。典型抗磁性物質(zhì)的磁化率是常數(shù)，不隨溫度、磁場(chǎng)而變化。有少數(shù)的反常。深入研究發(fā)現(xiàn)，典型抗磁性是軌道電子在外磁場(chǎng)中受到電磁作用而產(chǎn)生的，因而所有物質(zhì)都具有的一定的抗磁性，但只是在構(gòu)成原子（離子）或分子的磁距為零，不存在其它磁性的物質(zhì)中，才會(huì)在外磁場(chǎng)中顯示出這種抗磁性。在外場(chǎng)中顯示抗磁性的物質(zhì)稱作抗磁性物質(zhì)。除了軌道電子的抗磁性外，傳導(dǎo)電子也具有一定的抗磁性，并造成反常。

1.抗磁性（Diamagnetism)第40頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

自然界中很多物質(zhì)都是抗磁性物質(zhì)：周期表中三分之一的元素、絕大多數(shù)的有機(jī)材料和生物材料都是抗磁性物質(zhì)。包括：稀有氣體：He,Ne.Ar,Kr,Xe

多數(shù)非金屬和少數(shù)金屬：Si,Ge,S,P,Cu,Ag,Au,

不含過(guò)渡族元素的離子晶體：NaCl,KBr,

不含過(guò)渡族元素的共價(jià)鍵化合物：H2,CO2,CH4

等幾乎所有的有機(jī)化合物和生物組織：水；反?？勾判晕镔|(zhì)：Bi,Ga,Zn,Pb,磁化率與磁場(chǎng)、溫度有關(guān)。廣義地說(shuō)，超導(dǎo)體也是一種抗磁性物質(zhì)，=-1

，它的機(jī)理完全不同，不在我們討論之內(nèi)。第41頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一-1.9-7.2-19.4-28.0-43見(jiàn)姜書p25CGS單位制克分子磁化率它們的電子殼層都是滿殼層，所以原子磁矩為零。在CGS單位制下，抗磁磁化率的典型值是10-6cm3·mol-1。統(tǒng)一換成體積磁化率的數(shù)值，量級(jí)是10-6。換成SI單位制下應(yīng)乘以4π，量級(jí)在10-5。Kittel書數(shù)據(jù)（2002）

ρn0.20540.0971.5120.180.431.7739.950.853.0983.801.033.78131.31.24密度原子量體積磁化率

×10-6第42頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一見(jiàn)馮索夫斯基《現(xiàn)代磁學(xué)》(1953)p74一些抗磁性金屬在20℃時(shí)的克分子磁化率（CGS單位）：第43頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一這是19世紀(jì)后半葉就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并研究的另一類弱磁性。它的最基本特征是磁化率為正值且數(shù)值很小，0<<<1。順磁性物質(zhì)的磁化率是溫度的函數(shù)，服從居里定律或居里-外斯（Curie-Waiss)定律。C

稱作居里常數(shù)，Tp

稱作居里順磁溫度服從居里-外斯定律的物質(zhì)都是在某一個(gè)溫度之上才顯示順磁性，這個(gè)溫度之下，表現(xiàn)為其它性質(zhì)。典型順磁性物質(zhì)的基本特點(diǎn)是含有具有未滿殼層的原子（或離子），具有一定的磁矩，是無(wú)規(guī)分布的原子磁矩在外磁場(chǎng)中的取向產(chǎn)生了順磁性。此外，傳導(dǎo)電子也具有一定的順磁性。2.順磁性（Paramagnetism）第44頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一順磁性物質(zhì)也很多，常見(jiàn)的順磁性物質(zhì)：過(guò)渡族元素、稀土元素和錒系元素金屬：Mn,Cr,W,La,Nd,Pt,Pa,

含有以上元素的化合物：MnSO4,FeCl3,FeSO4,Gd2O3,

堿金屬和堿土金屬：Li,Na,K,Ru,Cs,Mg,Ca,Sr,Ba

包含有奇數(shù)個(gè)電子的原子或分子：

HCl,NO,有機(jī)化合物中的自由基少數(shù)含有偶數(shù)個(gè)電子的化合物：

O2,有機(jī)物中的雙自由基等

第45頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一這是人類最早發(fā)現(xiàn)并利用的強(qiáng)磁性，它的主要特征是：1.

>>0，磁化率數(shù)值很大，磁化率數(shù)值是溫度和磁場(chǎng)的函數(shù)；存在磁性轉(zhuǎn)變的特征溫度——居里溫度TC，溫度低于居里溫度時(shí)呈鐵磁性，高于居里溫度時(shí)表現(xiàn)為順磁性，其磁化率溫度關(guān)系服從居里-外斯定律。在居里溫度附近出現(xiàn)比熱等性質(zhì)的反常。磁化強(qiáng)度M和磁場(chǎng)H之間不是單值函數(shù)，存在磁滯效應(yīng)。構(gòu)成這類物質(zhì)的原子也有一定的磁矩，但宏觀表現(xiàn)卻完全不同于順磁性，解釋鐵磁性的成因已成為對(duì)人類智力的最大挑戰(zhàn)，雖然經(jīng)過(guò)近100年的努力已經(jīng)有了比較成功的理論，但仍有很多問(wèn)題有待后人去解決。3.鐵磁性（Ferromagnetism)第46頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表現(xiàn)為鐵磁性的元素物質(zhì)只有以下幾種：

一些過(guò)渡族元素和稀土元素金屬：

但以上面元素為主構(gòu)成的鐵磁性合金和化合物是很多的，它們構(gòu)成了磁性材料的主體，在技術(shù)上有著重要作用，例如：

Fe-Ni,Fe-Si,Fe-Co,AlNiCo,CrO2,EuO,GdCl3,室溫以上，只有4種元素是鐵磁性的。第47頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一見(jiàn)Kittel固體物理學(xué)8版p227，姜書p52也有此數(shù)據(jù)，稍有差別。第48頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一反鐵磁性是1936年首先由法國(guó)科學(xué)家Neel從理論上預(yù)言、1938年發(fā)現(xiàn)，1949年被中子實(shí)驗(yàn)證實(shí)的，它的基本特征是存在一個(gè)磁性轉(zhuǎn)變溫度，在此點(diǎn)磁化率溫度關(guān)系出現(xiàn)峰值。4.反鐵磁性（Antiferromagnetism)弱磁！第49頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（見(jiàn)應(yīng)用磁學(xué)P9）文獻(xiàn)中也常繪成磁化率倒數(shù)和溫度關(guān)系：鐵磁性低溫下表現(xiàn)為反鐵磁性的物質(zhì)，超過(guò)磁性轉(zhuǎn)變溫度（一般稱作Neel溫度）后變?yōu)轫槾判缘?，其磁化率溫度關(guān)系服從居里-外斯定律：注意與鐵磁性的區(qū)別！磁化率表現(xiàn)復(fù)雜TpTpTC第50頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一反鐵磁物質(zhì)主要是一些過(guò)渡族元素的氧化物、鹵化物、硫化物，如：

FeO,MnO,NiO,CoO,Cr2O3,FeCl2,FeF2,MnF2,

FeS,MnS右圖是1938年測(cè)到的MnO磁化率溫度曲線，它是被發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)反鐵磁物質(zhì)，轉(zhuǎn)變溫度122K。第51頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一該表取自Kittel書2005中文版p236，從中看出反鐵磁物質(zhì)的轉(zhuǎn)變溫度一般較低，只能在低溫下才觀察到反鐵磁性。Tp第52頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人類最早發(fā)現(xiàn)和利用的強(qiáng)磁性物質(zhì)天然磁石Fe3O4就是亞鐵磁性物質(zhì)，上世紀(jì)30～40年代開(kāi)始在此基礎(chǔ)上人工合成了一些具有亞鐵磁性的氧化物，但其宏觀磁性質(zhì)和鐵磁物質(zhì)相似，很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，人們并未意識(shí)到它的特殊性，1948年Neel在反鐵磁理論的基礎(chǔ)上創(chuàng)建了亞鐵磁性理論后，人們才認(rèn)識(shí)到這類物質(zhì)的特殊性，在磁結(jié)構(gòu)的本質(zhì)上它和反鐵磁物質(zhì)相似，但宏觀表現(xiàn)上卻更接近于鐵磁物質(zhì)。對(duì)這類材料的研究和利用克服了金屬鐵磁材料電阻率低的缺點(diǎn)，極大地推動(dòng)了磁性材料在高頻和微波領(lǐng)域中的應(yīng)用，成為今日磁性材料用于信息技術(shù)的主體。強(qiáng)磁！5.亞鐵磁性（Ferrimagnetism)第53頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一磁化率倒數(shù)和溫度關(guān)系飽和磁化強(qiáng)度溫度關(guān)系亞鐵磁物質(zhì)的磁化率和磁化強(qiáng)度一般比鐵磁物質(zhì)低，但其電阻率一般要高的多。鐵磁性和亞鐵磁性的宏觀區(qū)別第54頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一亞鐵磁物質(zhì)主要是一些人工合成的含過(guò)渡族元素和稀土元素的某些特定結(jié)構(gòu)的氧化物，例如：尖晶石結(jié)構(gòu)：Fe3O4,MnFe2O4,CoFe2O4石榴石結(jié)構(gòu)：A3Fe5O12,(A=Y,Sm,Gd,Dy,Ho,Er,Yb)磁鉛石結(jié)構(gòu)：BaFe12O19,PbFe12O19,SrFe12O19,鈣鈦礦結(jié)構(gòu)：LaFeO3,第55頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五種主要磁性的原子磁距分布特點(diǎn)第56頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.把晶體中的磁性歸為五類并分析出它們的起因是人類對(duì)物質(zhì)磁性認(rèn)識(shí)的一次飛躍，1950年前后出版了第一批以解釋五種磁性起因?yàn)橹鞯默F(xiàn)代磁學(xué)理論專著，標(biāo)志著磁學(xué)成為一個(gè)獨(dú)立完整的學(xué)科。它極大地推動(dòng)了20世紀(jì)后半葉磁性材料的基礎(chǔ)研究和開(kāi)發(fā)利用。50年后的今天，我們不但對(duì)上述五種磁性有了更深入的認(rèn)識(shí)，而且發(fā)現(xiàn)了一些新的磁結(jié)構(gòu)。

2.嚴(yán)格說(shuō)來(lái)上面的分類是針對(duì)物質(zhì)磁性質(zhì)進(jìn)行的，同一物質(zhì)在不同的溫度區(qū)域可以呈現(xiàn)出不同的磁類型，而且與其晶體結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系：例如室溫附近的金屬鐵為鐵磁性，超過(guò)居里溫度（1040K）后變?yōu)轫槾判裕艿礁哂?.5×1010Pa的高壓時(shí)，其結(jié)構(gòu)從bcc變?yōu)閔cp,磁性變?yōu)榉氰F磁性。我們只可以說(shuō)常溫常壓下鐵是鐵磁性物質(zhì)。

小結(jié)第57頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一上面幾種磁有序結(jié)構(gòu)，都是共線的，或平行，或反平行。20世紀(jì)70年代后，主要在稀土金屬和合金里發(fā)現(xiàn)了一些非共線結(jié)構(gòu)，在微粉和納米磁性材料里，在非晶材料里，也都發(fā)現(xiàn)了一些新的結(jié)構(gòu)類型，它們極大地豐富了我們對(duì)物質(zhì)磁性的認(rèn)識(shí)。第58頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

20世紀(jì)70年代后，隨著稀土元素的研究和觀測(cè)技術(shù)的提高，人們又在晶狀材料中發(fā)現(xiàn)了很多非共線的磁結(jié)構(gòu)，即在這些材料的不同原子層中的原子磁矩或在原子層平面內(nèi)、或在與原子平面成一定角度的錐面內(nèi)，以一定的旋轉(zhuǎn)角度做螺旋式排列（見(jiàn)下頁(yè)圖）產(chǎn)生平面螺旋磁性或錐面螺旋磁性，通稱螺旋型磁結(jié)構(gòu)。雖然在磁性結(jié)構(gòu)上，它和鐵磁性、反鐵磁性有所不同，但其宏觀表現(xiàn)上是相似的。例如：Gd：T<221K,是平面型簡(jiǎn)單鐵磁性。

221K<T<228K，是平面型螺旋反鐵磁性。6.螺旋型磁結(jié)構(gòu)(Helimagnetism)第59頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一姜書p115第60頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一當(dāng)鐵磁顆粒減小到臨界尺寸以下(1~10nm)，微粒的各向異性能遠(yuǎn)小于熱運(yùn)動(dòng)能量，微粒的磁化矢量不再有確定的方向時(shí)，鐵磁粒子的行為類似于順磁性一樣。這些磁性顆粒系統(tǒng)的總磁性叫做超順磁性。普通順磁性是具有固有磁矩的原子或分子在外磁場(chǎng)中的取向，而超順磁性是均勻磁化的單疇粒子的原本無(wú)序取向的磁化矢量在外磁場(chǎng)中的取向。每個(gè)單疇粒子包含較大數(shù)目的原子所以有大得多的磁矩。7.超順磁性（Superparamagnetism）Superpara-:HighMS,noMR;Para-?第61頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

這是在某些非晶材料中發(fā)現(xiàn)的一種磁結(jié)構(gòu)，由于非晶材料中原子磁矩間的間距有一定分布，從而使得原子磁矩不再有一致的排列，而是有了一定的分散排列，這種雖然分散但仍有序的磁矩排列稱作散磁性，按其基本趨向又可以細(xì)分為散鐵磁性、散反鐵磁性和散亞鐵磁性。8.散磁性第62頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一姜書p117第63頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

在抗磁性基體中摻入磁性原子，隨濃度的逐漸增加,會(huì)出現(xiàn)各種磁性現(xiàn)象：近藤效應(yīng)自旋玻璃態(tài)混磁性不均勻鐵磁性9.其它第64頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一李國(guó)棟書p17第65頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一物質(zhì)磁性分類是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題，存在著不同觀點(diǎn)

（見(jiàn)應(yīng)用磁學(xué)一書p11)這是一種弱磁場(chǎng)中顯示順磁性，超過(guò)某一磁場(chǎng)值后，顯示鐵磁性的材料。第66頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一見(jiàn)《應(yīng)用磁學(xué)》P9亞鐵磁性各種磁性的磁化曲線特征第67頁(yè)，共79頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Kittel《固體物理導(dǎo)論》一書對(duì)磁有序結(jié)構(gòu)的描述：