磁各向異性

磁各向異性

磁各向異性是指物質的磁性隨方向而變的現象。主要表現為弱磁體的磁化率及鐵磁體的磁化曲線隨磁化方向而變。鐵磁體的磁各向異性尤為突出,是鐵磁體的基本磁性之一,表示飽和(或自發)磁化在不同晶體方向時自由能密度不同。磁各向異性來源於磁晶體的各向異性。

磁各向異性

磁各向異性 分析圖磁各向異性 分析圖
磁體不同方向的磁性不同。如弱磁的抗磁、順磁和反鐵磁晶體的磁化率隨晶體方向不同而異,強磁體飽和磁化在不同方向時自由能不同等。磁各向異性對強磁體的技術磁性有很大影響,因而是強磁物質的重要的基本磁性之一。
磁晶各向異性 沿不同晶軸磁化時,強磁體的磁化曲線不同。常用磁晶各向異性能表示此現象。它表示飽和(或自發)磁化在不同晶體方向時自由能密度不同。磁晶各向異性能Fk常表示為飽和磁化強度矢量Ms相對於主晶軸的夾角的三角函式的冪級數。其表式隨晶體對稱性而異。對立方晶體,表式為

磁各向異性

式中αi為Ms相對於三個[100]軸的方向餘弦。k1和k2為磁晶各向異性常數。自由能低的方向稱為易磁化方向,自由能高的方向稱為難磁化方向。k1和 k2的數值隨材料而異,且隨溫度變化。其符號和大小決定材料的難易磁化方向和難易的程度。在基礎研究中,有時磁晶各向異性能表示為正交的球諧函式的展開式。
磁晶各向異性能的微觀機制主要有以下幾種:①磁偶極相互作用。經典的磁偶極作用只對非立方晶體能引起各向異性。但常常不是主要的貢獻。②各向異性交換作用。來自軌道-自鏇作用對交換作用的影響。存在於某些稀土離子及低對稱化合物中。③單離子各向異性。為晶體電場和軌道-自鏇作用的聯合效應。它使單個離子的能級呈現各向異性。對鐵氧體和一些稀土離子,它的貢獻是主要的。④巡遊電子各向異性。來自軌道-自鏇作用對能帶的影響。適用於3d金屬及合金。
磁應力各向異性 為由於磁彈性耦合、材料中的應力及其應變導致的磁各向異性。
磁形狀各向異性 對於非球形對稱的物體,磁化在不同方向時,退磁場及退磁場能不同,稱為磁形狀各向異性。
感生磁各向異性 為某些材料經過某種處理後出現的附加的磁各向異性。這類處理有:磁場作用下的熱處理、應力作用下的熱處理及冷軋等。有磁場熱處理感生各向異性的材料,在無磁場作用下退火時,在磁疇及疇壁中獲得自發磁化條件下的感生各向異性。某些薄膜材料在磁場下生長,或由於某種條件生長,均可獲得生長感生各向異性。對金屬及合金的感生各向異性,原子對的有序排列(方向有序)的理論給出了合理的解釋。鐵氧體的感生各向異性則可用單離子理論(各向異性離子的有序分布)來解釋。
交換各向異性 當材料中存在著鐵磁-反鐵磁界面或與亞鐵磁的界面時,由於界面原子間交換耦合,使鐵磁體附加一單“向”的各向異性。具有這種各向異性的材料有不對稱的磁滯回線,兩側的矯頑力Hcm不相等。在具有Co-CoO界面的微粒及FeMnPBAl非晶態中均發現這種各向異性。

磁應力各向異性

為由於磁彈性耦合、材料中的應力及其應變導致的磁各向異性。

磁形狀各向異性

對於非球形對稱的物體,磁化在不同方向時,退磁場及退磁場能不同,稱為磁形狀各向異性。感生磁各向異性為某些材料經過某種處理後出現的附加的磁各向異性。這類處理有:磁場作用下的熱處理、應力作用下的熱處理及冷軋等。有磁場熱處理感生各向異性的材料,在無磁場作用下退火時,在磁疇及疇壁中獲得自發磁化條件下的感生各向異性。某些薄膜材料在磁場下生長,或由於某種條件生長,均可獲得生長感生各向異性。對金屬及合金的感生各向異性,原子對的有序排列(方向有序)的理論給出了合理的解釋。鐵氧體的感生各向異性則可用單離子理論(各向異性離子的有序分布)來解釋。交換各向異性當材料中存在著鐵磁-反鐵磁界面或與亞鐵磁的界面時,由於界面原子間交換耦合,使鐵磁體附加一單“向”的各向異性。具有這種各向異性的材料有不對稱的磁滯回線,兩側的矯頑力Hcm不相等。在具有Co-CoO界面的微粒及FeMnPBAl非晶態中均發現這種各向異性。

參考書目

 S.Chikazumi, Physics of Mαgnetism,John Wiley & Sons,New York,1964.
 M.I.Darby and E.D.Isaac, IEEE Transaction on magnetics, Vol,Mag-10,p.259,1974.

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