磁性材料的分类

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磁性材料的分类

反磁性材料

从抗磁性开始，这是一种弱磁性，主要归因于电子的轨道运动，在经典的“电流回路”中产生磁矩。当外加磁场作用在抗磁性材料上时，它就会产生磁通量。然而，根据伦茨定律，感应磁通量抵消了外场的变化，因此抗磁性材料相对于外加磁场的方向表现出反平行的磁化，与后者相反。因此，抗磁性材料的磁化强度与外加磁场成正比，如图1a它们的相对磁化率为负且非常弱，约为10^-5,它们的渗透率略小于1。许多金属和大多数非金属都是抗磁性的。有趣的是，如果材料中只存在少量的磁性原子，它们的影响足以掩盖抗磁性，使非磁性原子被邻近的铁磁性原子自旋极化。目前，这种效应在某些纳米级自旋电子器件中得到了应用。

顺磁性材料

对于一类被称为顺磁性材料的材料，其相对磁导率仅略大于1。它与磁场强度无关，如果不与温度无关，则随温度升高而减小。许多金属都属于这一类，如铂或钯，还有铁或稀土金属的盐，或钠、钾和氧等元素。铁磁体在居里温度Tc以上变为顺磁性。当外磁场作用于顺磁性材料时，产生与磁场平行的弱感应磁化。然而，与外场成正比的感应磁化强度仍然存在正的，不像反磁铁。另一方面，磁化率作为一个量与绝对温度T成反比，如图1b,这种反比也被称为居里-魏斯定律。顺磁体的相对磁化率为正。顺磁性在某些方面类似于铁磁性，因为它同样归因于不成对的电子自旋。然而，由于不同的电子构型，这些自旋可以自由地改变方向，这与铁磁体中的自旋不同。在顺磁体中，由于热搅动，自旋在一定温度下具有随机方向。

图1

反铁磁性

反铁磁性是一种在不同亚晶格上有序排列反平行排列自旋的磁性，使得反铁磁性结构没有净自发磁化。反铁磁材料具有很小的磁导率，因此通常被归类为顺磁性材料。反铁磁体表现出小的正相对磁化率，随温度的变化类似于达到较高温度时的顺磁性;然而，在临界温度以下，这种依赖性具有独特的形状,如图1c。这是因为在这个温度以下，电子自旋是反平行排列的，所以它们相互抵消了。由于这些自旋之间的相互作用，外部施加的磁场面临强烈的反对，导致磁化率随温度下降，与顺磁行为相反。因此，尽管反铁磁序在较低温度下可能存在，但当自旋变得随机取向时，反铁磁序在所谓的温度之上消失，使得磁化率随着温度的升高而降低。反铁磁体中的交换相互作用作用于不同亚晶格上相邻自旋的反排列。

铁氧体磁性

铁氧体表现出一种被称为铁磁性的磁性，在某些方面类似于铁磁性和反铁磁性。在铁磁材料中，由于离子被放置在两种不同类型的晶格位点上，使得一种位点上的自旋与另一种晶格位点上的自旋方向相反，因此它们往往被比作反铁磁材料。然而，两个点阵位置上的一个结果磁化比另一个强，因此结果是一个总非零的自发磁化。由于反铁磁体的磁性不强，而铁磁体具有自发的和不可忽略的磁化，所以铁磁体材料经常被比作铁磁体。与铁磁材料类似，温度的升高会对自旋排列造成干扰，zui终导致居里温度下的自旋方向完全随机。在这个温度下，铁磁体失去自发磁化，变成顺磁性,如图1d。铁磁材料也有居里点，在居里点以上，它们表现出顺磁性

铁磁性

本质上，铁磁材料的磁导率取决于磁场强度。当磁场强度继续增加时，它们接近磁饱和，这意味着材料只能被磁化到有限的极限。铁磁体包含自发磁化的磁畴，其中磁畴是具有全畴磁化的实体。这是一个小的磁化区域，包含许多具有彼此平行排列的单个磁矩的原子，以对抗热搅动的力。一个畴的磁化方向通常与相邻畴的总磁化方向不同,如图2。

图2

在铁磁体的任何条件下，畴结构都将努力保持稳定，因此，如果条件发生变化，畴结构将不断变化，直到找到这个稳定点。自发域磁化是由部分填充的电子壳层中不成对的电子自旋引起的。这些自旋彼此平行排列是强交换相互作用的结果。自安排以来自旋与温度有关，自发域磁化强度也与温度有关。当所有磁域的总合成磁化强度为零时，铁磁性材料被称为退磁。然而，外加磁场将总所得磁化强度从零改变为饱和值。当磁场减弱，因此，符号反转，铁磁材料的磁化不会返回其原始路径的值，与材料表现出所谓的迟滞。强铁磁体的相对磁化率为10⁶数量级，与其他类型的材料相比，这是一个很大的值。这就解释了为什么铁磁体很容易被磁化，而其他种类的磁性材料却缺乏对磁场的响应能力。铁磁体的自发磁化在达到一定的居里温度Tc以上就会消失，这时它们会变成顺磁性。

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