第三章自发磁化的唯象理论 §3.1铁磁性的基本特点和基本现象 §3.2铁磁性自发磁化的唯象理论 §3.3“分子场”理论的改进和发展 §3.4反铁磁性“分子场”理论 §3.5亚铁磁性唯象理论 §3.6磁结构的多样性
第三章 自发磁化的唯象理论 §3.1 铁磁性的基本特点和基本现象 §3.2 铁磁性自发磁化的唯象理论 §3.3 “分子场”理论的改进和发展 §3.4 反铁磁性“分子场”理论 §3.5 亚铁磁性唯象理论 §3.6 磁结构的多样性
§3.1铁磁性的基本特点和基本现象 铁磁物质的基本特点 Wiss分子场假说(1907年)认为：在铁磁物质中存在很 强的分子场，使原子磁矩有序排列形成自发磁化，这种自 发磁化又局限在一个个被称为磁畴的小区域（103一105cm 中。由于物体存在许多这样的小区域，各个小区域的自发 磁化方向又不尽相同，因此在无外加磁场时它们互相抵消， 而显示不出宏观磁性 1磁化强度与外 场强度和 度的关系实验 铁磁物质在很低的外磁场(H~10Oe或103Am)下就 磁化饱和，并在M~T曲线存在居里点T是自发磁化存在的
§3.1 铁磁性的基本特点和基本现象 一、铁磁物质的基本特点 Weiss分子场假说(1907年）认为：在铁磁物质中存在很 强的分子场，使原子磁矩有序排列形成自发磁化，这种自 发磁化又局限在一个个被称为磁畴的小区域（10-3—10-5cm) 中。由于物体存在许多这样的小区域，各个小区域的自发 磁化方向又不尽相同,因此在无外加磁场时它们互相抵消， 而显示不出宏观磁性。 1.磁化强度与外磁场强度和温度的关系实验 铁磁物质在很低的外磁场（H~10Oe或103A/m）下就 磁化饱和，并在Ms~T曲线存在居里点Tc是自发磁化存在的
证据。1931年毕特(bitter)等人观测了磁畴，其大小在 10一3~10-5cm范围。 0000 000 20℃ 500 4 0 205.8° 400 00000 0 3 277.50 300 Ms 0 316.5° 200 333.7° 0 100 350.7° -200 361.8° 0 -273.-1000. 100200300400℃ 0- 376.5° 0100 200300400.500600700K 405.79 0 0.5 1 1.5 2 T→ H(103A/m) 图2.2 金属镍饱和磁化强度与温度关系， 图2,1金属镍的磁化强度与磁场关系曲线 得到Tc=358℃
证据。1931年毕特（bitter）等人观测了磁畴，其大小在 10－3～10－5cm范围
观察磁畴的方法： 1.粉纹法 2.原子力显微镜AFM 3.Kerr效应、Faraday效应 利用入射光的偏振面在不同的磁畴方向会有 不同的偏转 。 4.X-Ray形貌法 2,非磁物理现象与自发磁化 具有铁磁性的物质，其比热、电导率、热膨胀系数 等非磁性物理量，在磁性转变温度以下和附近出现较为突 出的反常现象，这种反常现象的消失总是与铁磁性的消失 具有相同的温度，而且重要的是这种反常现象与铁磁物质
观察磁畴的方法： 1. 粉纹法 2. 原子力显微镜 AFM 3. Kerr效应、 Faraday效应 利用入射光的偏振面在不同的磁畴方向会有 不同的偏转。 4. X-Ray形貌法 2.非磁物理现象与自发磁化 具有铁磁性的物质，其比热、电导率、热膨胀系数 等非磁性物理量，在磁性转变温度以下和附近出现较为突 出的反常现象，这种反常现象的消失总是与铁磁性的消失 具有相同的温度，而且重要的是这种反常现象与铁磁物质
是否处于技术磁化状态（如饱和磁化、剩磁、退磁、.） 无关，亦即反常性对于铁磁物质所受外界磁化状态是不敏 感的，这说明自发磁化起了决定性的作用。 a.比热反常：铁磁物质的定压比热C,通常要比非铁磁物质 80 76.0 要大，而且在某一温度处有一个 70 尖锐的峰 60 Gd 60 57.0 50 a-Fe Co 40 40- 39.4 20 Lu Ni 6 Fe a ir 30 Fe 目 Co z8出 90 180 270 360 T(K) 20 美 .300500 1000. 1500 2000 图2.4儿种稀土元素的c,-T关 T(K) 系曲线.虚线表示由自发磁化贡献 图2.3 Fc,Co,Ni的cp-T关系曲线 的Gd的c,值
是否处于技术磁化状态（如饱和磁化、剩磁、退磁、….） 无关，亦即反常性对于铁磁物质所受外界磁化状态是不敏 感的，这说明自发磁化起了决定性的作用。 a.比热反常：铁磁物质的定压比热 通常要比非铁磁物质 要大，而且在某一温度处有一个 尖锐的峰。 Cp
b.电阻反常：电阻率随温度的变化曲线在某个特定 温度处有一个转折，在低于该温度区 域电阻率上升较快，高于该温度区域 后电阻率增加较慢。 100 Fe (wo.cm) 些金属的电阻率， Co 在温度比较低范围内， 50日 电阻率上升是非线性的。 Ni 日Y转变 -1000 500 1000 ‘1500 T(C)
b.电阻反常：电阻率随温度的变化曲线在某个特定 温度处有一个转折，在低于该温度区 域电阻率上升较快，高于该温度区域 后电阻率增加较慢。 一些金属的电阻率， 在温度比较低范围内， 电阻率上升是非线性的
140C Gd b轴 Gd的电阻率是各向异性的 120 c轴 而且在居里温度以下增加很 p6-自旋 100 快。 二二 pc-自旋 80 这主要是由自旋散射所致 ====二二二二二二 晶格散射（声子部分）占比 60 重较小，并且晶格散射的电 40 阻率在居里温度处没有转折 b轴 20 声子部分 现象，在c轴方向，高于居里 c轴 温度100k范围内存在自旋短 0 100 200 300 400 程有序涨落效应。 T(K) 图2.6 Gd的电阻率p-Pre,与温度关系曲线， b轴的0re=4.9,c轴Pe,=3,2
Gd的电阻率是各向异性的， 而且在居里温度以下增加很 快。 这主要是由自旋散射所致。 晶格散射（声子部分）占比 重较小，并且晶格散射的电 阻率在居里温度处没有转折 现象，在c轴方向，高于居里 温度100k范围内存在自旋短 程有序涨落效应
C.磁卡效应：磁体在绝热磁化时温度会升高。 只有在顺磁磁化情况下，△T≠Q也即必须超过饱和 磁化才能使铁磁物质内自旋平行度有所增加，交换能和外 磁场能都降低，这一降低了的能量变成了热能。由于绝热 条件，磁体温度升高。相反，在去掉外磁场后，自旋有序 程度有所降低，交换作用能增加，这一过程必须依靠降低 热能才能发生，所以磁体变冷了。 铁磁物质在居里温度附近被强磁场磁化时，交换作用 能变化较大，故温度上升较明显
C.磁卡效应：磁体在绝热磁化时温度会升高。 只有在顺磁磁化情况下， 。也即必须超过饱和 磁化才能使铁磁物质内自旋平行度有所增加，交换能和外 磁场能都降低，这一降低了的能量变成了热能。由于绝热 条件，磁体温度升高。相反，在去掉外磁场后，自旋有序 程度有所降低，交换作用能增加，这一过程必须依靠降低 热能才能发生，所以磁体变冷了。 铁磁物质在居里温度附近被强磁场磁化时，交换作用 能变化较大，故温度上升较明显。 T 0
2.5 2.0 2.0- /1029K △H=8000 1.5 /1046K 21.0 1020K 1.0 4H=5000 05 0 800 900 1000 100 1200 100 T(K)→ 20 300 400 500 Mr(每克) 图2.7a-Fe在不同H作用下的磁卡效应与温度的关系。 图2.8a-Fc的△T-M关系曲线. △T与MP成比例，或者说△与△H成比例，△H表示物体 在磁化前后的外加磁场差值。由△T一可以看出，在T。 附近，H较小时不满足线性关系。对于T=T。M=0 时，△T~MP。实验结果表明：Fe,Co,I Ni的n值分别为 2.32,2.58,2.82
与M2成比例，或者说 与 成比例， 表示物体 在磁化前后的外加磁场差值。由 ～M2可以看出，在Tc 附近，H较小时不满足线性关系。对于T= Tc M0=0 时， ～Mn。实验结果表明：Fe，Co，Ni的n值分别为 2.32，2.58，2.82 T T H H T T
此外，还有诸如 热膨胀系数磁电阻 杨氏模量等 对温度的依赖关系也具有反常现象。 所有这些反常现象的极值都发生在同一温度处，而这个温 度与磁化强度急刷下降到零的温度T©一致，因此，必须把 Tc看成是铁磁状态的临界温度，即居里温度。同时这些都非 常明确地证明了自发磁化的存在 更有力的直接证明自发磁化的实验是中子衍射。利用中 子衍射，还可确定许多种自旋排列的有序性： Mn金属：反铁磁性 稀土元素：螺旋结构、 正弦波动变化、维形螺旋性等
此外，还有诸如 热膨胀系数 磁电阻 杨氏模量等 对温度的依赖关系也具有反常现象。 所有这些反常现象的极值都发生在同一温度处，而这个温 度与磁化强度急剧下降到零的温度Tc一致，因此，必须把 Tc看成是铁磁状态的临界温度，即居里温度。同时这些都非 常明确地证明了自发磁化的存在。 更有力的直接证明自发磁化的实验是中子衍射。利用中 子衍射，还可确定许多种自旋排列的有序性： Mn金属：反铁磁性 稀土元素：螺旋结构、正弦波动变化、锥形螺旋性等