磁畴
磁性材料磁畴理论课件
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03
通过实验和理论计算，人们发现了一些影响磁畴反转的关键因素，如 温度、磁场、应力等。
04
深入理解磁畴反转机制有助于开发新型磁性材料和器件，并推动磁学 理论的发展。
磁畴计算模拟研究进展
通过建立数学模型和算法，研究者们可以模拟 不同类型磁性材料的磁畴结构和演变过程。
目前，计算模拟已成为磁学领域的重要研究方向之一 ，为新型磁性材料和器件的开发提供了有力支持。
磁性材料磁畴理论课 件
目录
CONTENTS
• 磁畴理论概述 • 磁畴的观测方法 • 磁畴理论的应用 • 磁畴理论的最新研究进展 • 展望与未来研究方向
01 磁畴理论概述
磁畴定义
磁畴：在磁性材料的内部区域，其中 磁矩的取向大致相同，形成一个小的 区域，称为磁畴。
磁畴是磁性材料中自发磁化的基本单 元，具有明显的磁性特征。
。
通过控制材料的成分、结构和 制备工艺，可以实现对磁畴结 构和磁化行为的精细调控，从 而优化磁性材料的性能。
磁畴工程在磁记录、磁传感器 、磁驱动器和磁制冷等领域具 有广泛的应用前景。
磁畴反转机制研究进展
01
磁畴反转是指磁性材料中磁畴的极性产生翻转的现象，是磁学领域的 重要研究课题。
02
近年来，研究者们对磁畴反转机制进行了深入研究，发现其与材料的 微观结构和物理性质密切相关。
磁力显微镜可以观测磁畴的形状、大小、方向和磁畴壁的运动等。
磁畴的X射线衍射观测
X射线衍射技术利用X射线与晶体中 的原子相互作用产生的衍射现象，能 够获得晶体结构的信息。
在磁性材料中，X射线衍射技术可以用 于观测磁畴结构，通过分析衍射图样 可以获得磁畴的晶格结构和取向等信 息。
磁畴结构畴壁课件
磁畴结构与畴壁的实验研究
磁畴结构的观测技术
发展先进的显微观测技术，如原子力显 微镜、磁力显微镜等，实现对磁畴结构 和畴壁的直接观察，验证理论预测。
VS
畴壁的操纵和控制
研究如何通过外部磁场、电流或温度等手 段实现对畴壁的精确操纵和控制，为磁畴 结构的应用提供实验基础。
磁畴结构与畴壁的应用前景
磁存储和逻辑器件
磁畴结构的尺寸通常在微米或 亚微米量级，不同磁畴之间存 在畴壁分隔。
磁畴结构的稳定性决定了磁性 材料的磁学性质和磁行为。
磁畴结构的形成
磁畴结构是在磁性材料冷却过程中形成的，自发的磁化过程导致磁畴的形成。 磁畴结构的形成与原子间的相互作用、晶体结构、温度和磁场等条件密切相关。
随着温度的降低，原子间的交换作用增强，导致磁矩的取向逐渐趋于一致，形成磁畴。
PART 03
磁畴结构与磁畴壁的关系
磁畴结构对磁畴壁的影响
磁畴结构决定了磁畴壁的形成和分布
在磁性材料中，磁畴结构是指磁性原子或分子的不同磁化方向区域，而磁畴壁则是这些区域之间的边界。不同的 磁畴结构会导致磁畴壁以不同的方式形成和分布。
磁畴结构影响磁畴壁的稳定性
在某些磁畴结构中，磁畴壁可能更稳定，而在其他结构中则可能不太稳定。这会影响磁畴壁的动态行为和稳定性， 从而影响磁性材料的磁学性质。
利用磁畴结构和畴壁的特性，开 发高密度、高速的磁存储和逻辑 器件，满足信息技术领域对高性 能存储和计算的需求。
磁场传感和检测
利用磁畴结构和畴壁对磁场的敏 感特性，开发高灵敏度、高分辨 率的磁场传感和检测技术，应用 于地球物理学、生物学等领域。
PART 05
磁畴结构与畴壁的研究前 景
磁畴结构与畴壁的理论研究
反铁磁材料磁畴
反铁磁材料磁畴1.引言1.1 概述概述反铁磁材料是一类特殊的材料，其具有磁性，但其磁性与铁磁材料截然不同。
铁磁材料具有明显的磁性，能够在外加磁场的作用下产生磁化，而反铁磁材料则在外加磁场的作用下呈现出相反的磁化方向。
与铁磁材料相比，反铁磁材料的磁矩具有相互排列但无序的特点。
磁畴作为反铁磁材料中的基本结构单元，对于理解和研究反铁磁材料的磁性行为具有重要意义。
磁畴可以理解为在微观尺度上，具有一定磁化方向的区域。
在反铁磁材料中，磁畴的形成和存在是由材料自身的性质决定的。
虽然磁畴的存在使得反铁磁材料整体上不表现出明显的磁性，但研究和理解磁畴的形成机制对于揭示反铁磁材料的磁性行为具有重要意义。
本文将介绍反铁磁材料的定义和特性，并重点探讨磁畴的概念和形成机制。
首先，我们将对反铁磁材料进行介绍，包括其磁化行为和相关特性。
其次，我们将深入研究磁畴的概念，解释其在反铁磁材料中的重要作用，并探讨磁畴的形成机制。
最后，我们将总结反铁磁材料磁畴的重要性，并展望其在未来的研究和应用领域中的前景。
通过本文的阐述，我们旨在增进对反铁磁材料磁畴的理解，为深入研究和开发相关材料提供一定的参考和指导。
相信通过对反铁磁材料磁畴的深入研究，将为材料科学和磁性材料的应用领域带来新的突破和发展。
文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的组织和章节的描述。
在本篇长文中，文章的结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 反铁磁材料的定义和特性2.2 磁畴的概念和形成机制3. 结论3.1 反铁磁材料磁畴的重要性3.2 研究和应用前景在引言部分，我们将介绍反铁磁材料以及磁畴的概念。
我们将讨论反铁磁材料的定义和特性，并解释磁畴的形成机制。
通过对磁畴的研究，我们将认识到反铁磁材料磁畴的重要性。
在结论部分，我们将探讨磁畴对反铁磁材料的研究和应用前景。
1.3 目的本文的目的是探讨反铁磁材料磁畴的形成机制以及其在磁性材料研究和应用中的重要性。
磁畴
磁畴与温度的影响
从实验中得知，铁磁质的磁化和温度有关。随着温度 的升高，它的磁化能力逐渐减小，当温度升高到某一 温度时，铁磁性就完全消失，铁磁质退化成顺磁质。 这个温度叫做居里温度或叫居里点。这是因为铁磁质 中自发磁化区域因剧烈的分子热运动而糟破坏，磁畴 也就瓦解了，铁磁质的铁磁性消失，过渡到顺磁质， 从实验知道，铁的居里温度是1043K，78%坡莫合金 的居里温度是873K，45%坡莫合金的居里温度是 673K。
பைடு நூலகம்
在铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦合”作用, 在无外磁场的情况下，它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内 “自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域，称为磁畴。 在未经磁化的铁磁质中，虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁 化方向，有很大的磁性，但大量磁畴的磁化方向各不相同因而 整个铁磁质不显磁性。如图所示。
能够形成永磁铁的实质是物质内部的电子均朝 向同一个方向旋转，形成一个类似于螺线圈的 效果，并且这个内磁场的存在能够进一步使物 质发生磁化，使磁化现象永久保持下去。
永久性磁铁可以是天然产物，又称天然磁石，也可以 由人工制造（最强的磁铁是钕铁硼磁铁)。 具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，一经磁化即能 保持恒定磁性的材料。又称永磁材料、硬磁材料。 应用中，永磁体工作于深度磁饱和和充磁后磁瑞回线 的第二象限退磁部分。 永磁体应具有尽可能高的矫顽力Hc、剩磁Br与最大磁 能积（BH）m，以保证储存最大的磁能及稳定的磁性。
当铁磁质处于外磁场中时，那些自发磁化方向和外磁 场方向成小角度的磁畴其体积随着外加磁场的增大而 扩大并使磁畴的磁化方向进一步转向外磁场方向。 另一些自发磁化方向和外磁场方向成大角度的磁畴其 体积则逐渐缩小，这时铁磁质对外呈现宏观磁性。当 外磁场增大时，上述效应相应增大，直到所有磁畴都 沿外磁场排列达到饱和。由于在每个磁畴中个单元磁 矩已排列整齐，因此具有很强的宏观磁性
《磁性物理》第五章-磁畴理论PPT
以900畴壁为例： (1) 当900畴壁位于AB取向时
A
nk
M si n M sk n 0 AB表面上的磁荷密度：
Ms B i
0 M si n M sk n
Ms
0 M si M sk n 0
畴壁表面不会出现磁荷，也不会产生退磁场
(2) 当900畴壁位于A’B’位置时
0
M sz z
0
M sz 常数
Ms n 常数
即Ms在畴壁内过渡时，应始终保持Ms与畴壁法线 n之间的夹角φ为常数，才能满足不出现磁荷的条件。
四、1800Bloch畴壁的厚度与畴壁能计算 实际畴壁中磁矩的转向在畴壁厚度中是非均匀过渡的。
Z轴为畴壁法线方
向，磁矩始终在XOY 平面内旋转且与Z轴垂 直，以θ代表磁矩转过 角度，并令Z＝0时θ=0。 2
1 a2
Eex
AS2
z 2
而单位厚度中有1 a 个原子层间隔，故单位体积的交换能
增量为：
1 a
1 a2
Eex
1 a
AS2
z 2
单位面积的畴壁中交换能增量：
ex
AS2 a
z2 dz
A1
z2 dz
A1
AS2
a
对简单立方：
1
在畴壁两边，即z→±∞处，磁矩在易磁化方向，Fk=0，由 两边进入畴壁，θ逐渐改变， Fk 逐渐增加。
1、片型畴 样品内的磁畴为片型，相邻两畴的Ms成1800角，在样 品单位面积，厚度为L的体积内能量为
M
2 s
D
L
D
NS D
由E D 0
L
104 D
L
M s 17
SN
Emin 2M s 17 L 104
第五章 磁畴理论.
N N N N Ms S S S S
情况2：自发磁化形成简单的片状磁畴 此时，材料表面也出现磁极，内部也有Fd，同时，由于 畴壁能的存在，需要考虑二者的共同作用。
Ed 1.7 107 M s2 D L Ew w D
N L
S
N S
N
S N S N S w 为单位面积的畴壁能 （畴壁能量密度） L 7 2 E Ed Ew 1.7 10 M s D w D E 由 0得： D L 7 2 1.7 10 M s w 2 0 D
2
A1
AS 2
a
对简单立方： 1
在畴壁两边，即z→±∞处，磁矩在易磁化方向，Fk＝0， 由两边进入畴壁，θ逐渐改变， Fk 逐渐增加。 单轴各向异性的晶体，进到z＝0处，Ms⊥易磁化方向， Fk 最大。 立方晶体，在畴壁中点(z＝0)处， Ms∥易磁化方向， Fk＝0 所以，立方晶体的Fk在畴壁的两边为零，进入畴壁后逐 渐增大到最大值，再进入又减小，在z＝0处又减到零。 可见， Fk是θ的函数。 ∴单位面积畴壁中的磁晶各向异性能为：
可把θ 接近π/2处视为边界。 300 0 -300
-900
AK
1
1
-3
-1 0 1
3 z
若将z 0处的磁矩转向的斜率近 似看成整个畴壁厚度的 磁矩旋转斜率，即： 1 dz 而 d z 0 2
dz d z 0 A1 sec 2 4 K u1 tg 2 4 0
但是形成磁畴后,将引起Fex与Fk的增加（即畴壁能）。 因此，磁畴数目的多少及尺寸的大小完全取决于Fd与 畴壁能的平衡条件。 二、从片状磁畴说明磁畴分成小区域的原因 设想一面积较大的磁体： 情况1：自发磁化后不分畴，全部磁矩向一个方向
磁畴与磁场-定义说明解析
磁畴与磁场-概述说明以及解释1.引言1.1 概述磁畴与磁场是固态物理学中的重要概念，它们对于理解磁性材料的特性和行为具有重要意义。
磁畴是材料中局部具有自发磁化的微观区域，每个磁畴在其内部呈现统一的磁化方向，但相邻磁畴之间的磁化方向可以不同。
磁场则是空间中由磁性物质产生的力场，它对周围物质和运动电荷都会产生作用。
本文将就磁畴与磁场的概念及其相互关系展开详细阐述，以期帮助读者更深入地理解这一领域的知识。
1.2 文章结构文章结构:本文分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将介绍磁畴与磁场的基本概念和意义，以及本文的结构和目的。
在正文部分，将详细介绍磁畴的定义与特征，磁畴的形成机制，以及磁场与磁畴的相互作用。
在结论部分，将总结磁畴与磁场的关系，展望其在未来的应用前景，并提出结论和建议。
整个文章结构清晰，层次分明，能够帮助读者更好地理解磁畴与磁场的关系。
1.3 目的目的部分的内容：文章的目的是通过深入探讨磁畴与磁场之间的关系，使读者对这一领域有更全面的了解。
我们将介绍磁畴的定义与特征，磁畴的形成机制，以及磁场与磁畴的相互作用。
通过本文的阐述，读者可以深入了解磁畴和磁场的物理特性，以及它们在实际应用中的重要作用。
最终，我们希望读者能够对磁畴与磁场有更深刻的认识，并对其潜在的应用前景产生更大的兴趣。
2.正文2.1 磁畴的定义与特征磁畴是指在铁磁材料中具有一定规模的自旋有序区域，这些区域内部的自旋呈现一定的方向性，形成了微观的磁性结构。
在每个磁畴内部，自旋的方向是一致的，而不同磁畴之间的自旋方向可以相互独立地取向。
磁畴的特征包括以下几点：1. 磁畴具有一定的尺寸，通常在纳米至微米的量级。
这意味着磁畴自身具有一定的磁性，可以在外部磁场作用下发生磁化。
2. 磁畴内部的自旋有序性，即自旋方向的一致性，体现了磁畴的微观磁性结构。
3. 不同磁畴之间的磁性可以相互独立地取向，这意味着磁畴之间存在一定的界面能量，界面的移动可以导致磁畴的重新排列和磁畴壁的形成。
磁性材料 第5章 磁畴理论 2
二. 单轴各向异性晶体的磁畴结构
一个单轴各向异性晶体自 发磁化后可能的磁畴结构如右 图所示。晶体沿易磁化方向均 匀磁化后退磁能很大，从能量 的覌点出发，分为两个或四个 平行反向的自发磁化的区域可 以大大减少退磁能，但是两个 相邻的磁畴间畴壁的存在又增 加了一部分畴壁能。因此自发 磁化区域(磁畴)的形成不可能 是无限多的，而是以畴壁能与 退磁场能之和的极小值为平衡 条件。 易磁化方向
2
-2
封闭畴可能
而不分畴时的退磁能：比上面大近10倍。
Ed
0
2
NM L
2 S
0
2
2 MS L 12.8 103 J m 2
见铁磁学（中）p122
以及两种有利于降低退磁场能的表面磁畴结构： 波纹结构 和片形－楔形畴都出现在片形主畴的端面上。
具有波纹畴 壁的示意图
花纹加圆形的楔形畴
钡铁氧体上观 察到的磁畴： a:片形畴 b c 波纹畴 d 波纹+楔形
见铁磁学（中）p125
Co晶体平行于六角轴的片 形畴（上图）
下右图为垂直于六角轴的 雪花形表面畴：也称片形 －楔形畴，其结构见下图
以BaFe12O19为例说明：
K1 3.3 105 J m 3 , M S 3.8 105 A m 1
片状畴结构
封闭畴结构
E 3 102 L E 8 102 L
结论：一般，单轴 晶体形成片状畴。 片形畴宽度在几十 微米量级
3 2 2 取： 1.7 10 J m , L 10 m
Bloch180畴壁中原子层电子自旋方向的转变形式：
该表与姜书p249表4－7相同，但已经换算为SI单位制
J﹒m-3
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4.磁畴（magnetic domain）
磁畴内磁矩如何排列？
磁化强度的方向沿着材料内的易磁 化轴； 铁磁晶体内交换能和磁各向异性能 都达到极小值。
磁畴的大小，尺寸如何决定？
畴结构受到
畴壁能Eγ， 磁晶各向异性能Ek ，
退磁场能Ed ，
的制约。
其中退磁场能是铁磁体分成畴的动力， 其它能量将决定磁畴的形状|、尺寸和取向。
5。各种磁畴树枝畴
在单晶材料的表面有时会产生从畴壁界线出发的如下图的 树枝畴。
产生的原因：主畴的磁化强度方向同表面不平行。
树枝畴降低退磁能。
6.单畴结构
材料的线度非常小， 以至材料形成单畴时的退磁能小于形成多畴时 的畴壁能， 磁性材料就以单畴存在.
用于磁记录中
磁流变减振器，在2002款凯迪拉 克Seville STS车首次应用 磁行车控制系统应用磁流变 （MR）液体和不带机电控制阀 的减振器提供反应迅速、减振性 能强大的阻尼力控制。
总结
• 1。形成多个磁畴的动力 • 2。磁畴结构和具体决定分成多畴的原则 • 3。单畴体
为什么？
总能量最小时的畴壁能γω和畴壁厚度δ分别为：
γω =2π δ=π
A1 (K1
3 2
s
)
A1
/(K1
3Hale Waihona Puke 2s)畴壁厚度与材料的K1 A，λs，σ等参量有关。K1 越大，δ越小， 越大。
例 如 Fe: 不 考 虑 应 力 ， A1=0.83*10-11J/m, K1=4.8*104J/m3 , δ=280a, ＝3.9*10-3J/m2 畴壁厚300个原子，畴壁能大约是10-3J/.m2
分畴的主要动力是减少退磁场能。
而磁畴的形状、尺寸、磁畴壁的厚度由交换能、 退磁场能、磁晶各向异性能等来决定。
决定畴壁和磁畴结构方 法： 体系的能量最小。 平衡状态的磁畴结构和 磁畴壁应具有最小的能 量。
3.磁畴壁（domain walls）
•磁畴和磁畴之间的边界称为畴壁。
• 磁畴壁中的原子磁矩如何排列？
磁流变液体是一种由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和 非导磁体液体混合而成的磁性软粒悬浮液， 这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的特性， 在强磁场作用下，呈现出高粘度、低流动性 磁流变液的这种流变可控性使其能够实现阻尼力的连续可变， 从而达到对振动的主动控制之目的。
磁性液体广泛用于扬声器起散热，润滑等作用，极大缩 小了扬声器体积，增加了功率，改善了音质。
磁畴结构：由磁畴和磁畴壁组成
为什么会形成磁畴？
2、磁畴的形成
在铁磁体中，交换作用使每个磁畴内存在自发磁化Ms； 磁化强度的方向一般沿着晶体内的易磁化轴； 这样就使铁磁晶体内交换能和磁晶各向异性能都达到极小值。 但因铁磁体有一定的大小与形状，整个晶体均匀磁化的结果， 必然产生磁极，磁极的退磁场，增加了退磁能：(1/2)0NMS2。
4.6 磁畴
1.磁畴的概念 2。磁畴的形成 3。磁畴壁 4。磁畴结构 4。各种磁畴 5。单畴结构 6。超顺磁结构
1. 磁畴概念
外斯分子场唯象理论 1）铁磁物质内部存在很强的“分子场Hm”
它使原子磁矩同向平行排列，即材料有 自发磁化强度Ms：Hm=λMs
2）铁磁体的自发磁化分成 若干磁畴，由于磁体中各磁 畴的磁化方向不一致，所以 大块磁体对外不显示磁性。
Boch 畴壁
Neel 畴壁
形成不同畴壁形式都是为了降低退磁场。
稳定磁畴壁的厚度是多少？
在畴壁中，原子磁矩没有平行排列，因此畴壁中有
交换能。
在畴壁中，原子磁矩偏离了易磁化轴方向，因此也
有磁晶各向异性能。
畴壁能主要考虑交换能和磁各向异性能。
交换能使畴壁变厚，磁各向异性能使畴壁变薄。
能量最小决定畴壁厚度。
该数值是那里来的？
Ed
M 0
0 H d dM
0 NM 2
2
例如对一个单轴各向异性的钴 单晶。
( a )图是整个晶体均匀磁化， 退磁场能最大( 如果设Is103 高斯，则退磁能106尔格/厘 米3 )。
从能量的覌点出发，分为两个 或四个平行反向的自发磁化 的区域( b ),( C )可以大大减 少退磁能。