文档介绍：引言
磁畴研究历史和现状
磁畴最初并不是从实验中观察到的,而是从理论上最先预测到的。在19世纪初科学家们意识到磁性物质内含有大量元磁极,就像普通物质含有大量原子和分子一样。安培分子电流假设是这一理论的典型代表[[] Pierce Williams, Contemp. Phys. 4, 113–123 (1962)
]。元磁极的设想能解释两个事实:不可能将磁铁的南极和北极分离开来,磁化饱和时所有的元磁极都朝着同一个方向。随后,除了这些合理的假设外,在对磁性现象的理解上进展很慢。直到1905年,Langevin利用统计力学方法发展了顺磁理论[[] P. Langevin, Ann. Chim. Phys. (8) 5, 70–127 (1905)
]。他指出,室温下独立的分子磁体只会产生很弱的磁性,只有元磁体间有相互作用时才会产生强磁性。两年后,Weiss详尽地阐述了这一想法[[] P. Weiss, J. de Phys. Rad. 6, 661–690 (1907)
],仿照vander Waals的“分子内压力”理论[[] . van der Waals, Thesis, University of Leiden (1873)
],外斯引入了分子场理论来模拟磁相互作用的平均影响。外斯的理论可以地很好得出饱和磁化强度和温度的关系曲线。根据实验上的磁性物质的居里温度曲线,外斯最终得到一个很大的“分子场”。很久后,才由Heisenberg才证实这个场的实质是量子力学中的交换相互作用[[] W. Heisenberg, Z. Phys. 49, 619–636 (1928)
]。
外斯也预言到磁化饱和状态是在远低于居里温度下的一种热力学平衡状态,因为分子场远比实际物质中的内场和外场要大,在外斯理论中,外部磁场几乎对磁性物质的饱和磁化强度值没有影响。然而,外斯理论只有确定磁化强度矢量的大小,不能确定方向。这样,外斯理论也能解释一个铁片在常温下不显示铁磁性,原因是样品内不同区域的磁化强度矢量相互抵消。在外斯的工作中,他提到,晶体的一部分在一个方向磁化,其它部分可能在相反的方向磁化。随后,磁畴的概念才逐步被引入,用来指晶体中磁化方向一致的区域。
从磁畴的概念到理解铁磁体的磁滞回线和高磁导率这些宏观现象,人们开展了一系列的实验。第一个证实磁畴存在的人是Barkhausen[[] . Forrer, J. de Phys. 7, 109 (1926)
],他发现磁化过程通常是不连续的,当使用扩音器时,能听到一些有特征的声音。最初,巴克豪森跳跃被认为是磁畴反转的表现。虽然现在看来这个解释不合理,但却导致了一个重大发现。随后Sixtus和Tonks的实验结果使得Bloch从理论中分析了磁畴的转变过程[[] F. Bloch, Z. Phys. 74, 295–335 (1932)
]-[[] . Akulov, Z. Phys. 67, 794–807 (1931)
],发现由于海森堡交换相互作用,畴壁必须有几百个晶格常数的间距而不是突然的转变。较宽的畴壁有效地减弱了局域不均匀性如点缺陷等的影响。与此同时,一些科学家也对磁各向异性、磁致伸缩和内应力对磁性微结构的影响进行了研究[[] J. Frenkel, J. Dorfman, Nature, 126, 274–275 (1930)
]。
此外,还有一个重要的问题,就是磁偶极间的相互作用,也叫静磁能或杂散场能。一个均匀磁化的单晶包含一项额外的能量——退磁能,与常见的各向异性能相比,这项能量值更大。理论上的推导认为,90度的畴壁和180畴壁是存在的。在1931年, 展示了他们利用改进的粉末法得到的第一张磁性微结构图片[[] F. Bitter, Phys. Rev. 41, 507– 515 (1932)
]。图片显示,磁畴是静态的,可以很宽,常表现出周期性的外形。基于这些研究,Landau和Lifshitz于1935年发现了他们的解释:磁畴是总能量最小化的结果,其中在铁磁体中包含一项重要的能量就是静磁能。Landau和Lifshitz给出了第一个实际的磁畴模型[[] F. Zwicky, Phys. Rev. 38, 1722–1781 (1932)
]如图 :
图 Landau和Lifshitz提出的第一个实际的磁畴模型
但是,Landau和Lifshitz的模型对于解释实验中的观察还是远远不够。之后在他们的模型的基础上发展了很多改进的成果。在早期的研究中,在单轴晶体Co和立方晶体Fe等的磁畴结构的基本差异都很难完全理解。随后,Landau和Lifshitz还有Ne