铁磁材料的磁畴划分过程

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铁磁材料的磁畴划分过程

交换能Eexchange的起源可以在构成铁磁性基础的自旋-自旋相互作用中找到。当未成对电子的自旋平行时，交换能zui小。然而，自旋的平行排列从而增加了原子磁矩的另一种能量，即静磁能。产生大的外部磁场，过程如图1a所示。因此，为了降低静磁能，发生了反平行磁化的磁畴分裂，同时这些磁畴之间也开始形成磁壁(图1b)。在这种构型下，交换能有所增加;然而，静磁能降低。因此，在材料内部形成了几个磁畴，使得每个磁畴都包含单独的磁矩。这些力矩加起来就是每个磁域中的总磁化强度。

图1

由于五种不同能量之间的zui小化竞争，磁畴的形成是一个多步骤的过程。如上图所示:(a)单个原子力矩的对齐，导致静磁能增加(较大的通量线)。因此，产生了一个大的外部磁场;(b)出现反平行磁化的磁畴分裂降低了静磁能并减小了磁通线，从而允许通过相邻磁畴闭合。注意磁畴之间形成的磁壁

我们倾向于进一步划分磁畴;然而，这会使其他能量失去平衡。铁磁体的晶体对称性产生了磁晶(各向异性)能量，也寻求zui小值。当磁畴的磁化方向与shou选晶体学方向对齐时，例如铁含量< 100 >。这些方向也被称为易磁化轴。所有这些划分为磁畴和磁矩排列产生晶格应变，通过磁弹性能量与区域磁化的方向有关。当晶格变形使磁畴在磁化方向上拉长或收缩时，该能量达到zui小。

在具有反平行磁化的畴之间形成的磁壁引入了它自己的能量，与磁壁本身相关的能量。这是能量平衡中的第五种能量，这是由于磁壁在单位表面积和单位壁厚上都有一定的能量。它的产生是因为那些原子力矩不平行于彼此，或者不平行于一个简单的轴。壁面能量Ewall增加了交换能，其中壁面附近的交换能zui高。这种交换能也被称为交换力，只作用于一到两个原子距离上，它是由泡利不相容原理产生的，是一种基于波函数重叠程度的量子力学效应。参与磁畴形成的五种基本能量如下:

这五种能量的增加和减少对材料中晶格的平衡有影响，因此并不是所有的能量都能同时达到zui低。某种磁性结构的形成是五种基本能量被zui小化的结果，尽管能量本身可能不是zui小的。作为五种不同能量之间zui小化竞争的结果，铁磁材料自发地分裂成磁畴。

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