文档介绍：铁磁性

铁磁性
ism
过渡族金属(如铁)及它们的合金和化合物所具有的磁性叫做铁磁性,这个名称的由来是因为铁是具有铁磁性物质中最常见也是最典型的。钐(Samarium),钕(neodymium)与钴的合金常被用来制造强磁铁。
铁磁理论的奠基者,法国物理学家P.-。他假定铁磁体内部存在强大的“分子场”,即使无外磁场,也能使内部自发地磁化;自发磁化的小区域称为磁畴,每个磁畴的磁化均达到磁饱和。实验表明,磁畴磁矩起因于电子的自旋磁矩。,给予外斯的“分子场”以量子力学解释。。海森伯和布洛赫的铁磁理论认为铁磁性来源于不配对的电子自旋的直接交换作用。
铁磁性材料存在长程序,即磁畴内每个原子的未配对电子自旋倾向于平行排列。因此,在磁畴内磁性是非常强的,但材料整体可能并不体现出强磁性,因为不同磁畴的磁性取向可能是随机排列的。如果我们外加一个微小磁场,比如螺线管的磁场会使本来随机排列的磁畴取向一致,这时我们说材料被磁化[1]。材料被磁化后,将得到很强的磁场,这就是电磁铁的物理原理。
当外加磁场去掉后,材料仍会剩余一些磁场,或者说材料"记忆"了它们被磁化的历史。这种现象叫作剩磁,所谓永磁体就是被磁化后,剩磁很大。
当温度很高时,由于无规则热运动的增强,磁性会消失,这个临界温度叫居里温度(Curie temperature)。
如果我们考察铁磁材料在外加磁场下的机械响应,会发现在外加磁场方向,材料的长度会发生微小的改变,这种性质叫作磁致伸缩(ostriction)。
产生铁磁性条件:
铁磁质的自发磁化:
铁磁现象虽然发现很早,然而这些现象的本质原因和规律,还是在本世纪初才开始认识的。1907年法国科学家外斯系统地提出了铁磁性假说,其主要内容有:铁磁物质内部存在很强的“分子场”,在“分子场”的作用下,原子磁矩趋于同向平行排列,即自发磁化至饱和,称为自发磁化;铁磁体自发磁化分成若干个小区域(这种自发磁化至饱和的小区域称为磁畴),由于各个区域(磁畴)的磁化方向各不相同,其磁性彼此相互抵消,所以大块铁磁体对外不显示磁性。
外斯的假说取得了很大成功,实验证明了它的正确性,并在此基础上发展了现代的铁磁性理论。在分子场假说的基础上,发展了自发磁化(spontaneous ization)理论,解释了铁磁性的本质;在磁畴假说的基础上发展了技术磁化理论,解释了铁磁体在磁场中的行为。
铁磁性材料的磁性是自发产生的。所谓磁化过程(又称感磁或充磁)只不过是把物质本身的磁性显示出来,而不是由外界向物质提供磁性的过程。实验证明,铁磁质自发磁化的根源是原子(正离子)磁矩,而且在原子磁矩中起主要作用的是电子自旋磁矩。与原子顺磁性一样,在原子的电子壳层中存在没有被电子填满的状态是产生铁磁性的必要条件。例如铁的3d状态有四个空位,钴的3d状态有三个空位,镍的3d 态有二个空位。如果使充填的电子自旋磁矩按同向排列起来,将会得到较大磁矩,理论上铁有4μB,钴有3μB,镍有2μB。
可是对另一些过渡族元素,如锰在3d态上有五个空位,若同向排列,则它们自旋磁矩的应是5μB,但它并不是铁磁性元素。因此,在原子中存在