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      磁性與磁性物質的分類

        根據物質的磁化率Χ大小和正負,將物質的磁性分為鐵磁性、亞鐵磁性、反鐵磁性、順磁性和抗磁性五種,具體表現在:

        鐵磁性:對諸如Fe、Co、Ni等物質,在室溫下磁化率可達10-3數量級,稱這類物質的磁性為鐵磁性。鐵磁性物質即使在較弱的磁場內,也可得到極高的磁化強度,而且當外磁場移去后,仍可保留極強的磁性。其磁化率為正值,但當外場增大時,由于磁化強度迅速達到飽和,其Χ變小。鐵磁性物質具有很強的磁性,主要起因于它們具有很強的內部交換場。鐵磁物質的交換能為正值,而且較大,使得相鄰原子的磁矩平行取向(相應于穩定狀態),在物質內部形成許多小區域——磁疇。每個磁疇大約有1015個原子。這些原子的磁矩沿同一方向排列,假設晶體內部存在很強的稱為“分子場”的內場,“分子場”足以使每個磁疇自動磁化達飽和狀態。這種自生的磁化強度叫自發磁化強度。由于它的存在,鐵磁物質能在弱磁場下強列地磁化。因此自發磁化是鐵磁物質的基本特征,也是鐵磁物質和順磁物質的區別所在。

        鐵磁體的鐵磁性只在某一溫度以下才表現出來,超過這一溫度,由于物質內部熱振動破壞電子自旋磁矩的平行取向,因而自發磁化強度變為0,鐵磁性消失。這一溫度稱為居里點 。在居里點以上,材料表現為強順磁性,其磁化率與溫度的關系服從居里-外斯定律。

        亞鐵磁性:亞鐵磁性是指有兩套子晶格形成的磁性材料。不同子晶格的磁矩方向和反鐵磁一樣,但是不同子晶格的磁化強度不同,不能完全抵消掉,所以有剩余磁矩,稱為亞鐵磁。亞鐵磁也有從亞鐵磁變為順磁性的臨界溫度,稱為居里溫度。

        反鐵磁性:反鐵磁性是指由于電子自旋反向平行排列。在同一子晶格中有自發磁化強度,電子磁矩是同向排列的;在不同子晶格中,電子磁矩反向排列。兩個子晶格中自發磁化強度大小相同,方向相反,整個晶體 。反鐵磁性物質大都是非金屬化合物,如MnO。不論在什么溫度下,都不能觀察到反鐵磁性物質的任何自發磁化現象,因此其宏觀特性是順磁性的,M與H處于同一方向,磁化率Χ為正值。溫度很高時,Χ極??;溫度降低,Χ逐漸增大。在一定溫度時,Χ達最大值,稱為反鐵磁性物質的奈爾溫度。對奈爾點存在的解釋是:在極低溫度下,由于相鄰原子的自旋完全反向,其磁矩幾乎完全抵消,故磁化率Χ幾乎接近于0。當溫度上升時,使自旋反向的作用減弱,Χ增加。當溫度升至奈爾點以上時,熱振動的影響較大,此時反鐵磁體與順磁體有相同的磁化行為。

        順磁性:順磁性物質的主要特征是,不論外加磁場是否存在,原子內部存在永久磁矩。但在無外加磁場時,由于順磁物質的原子做無規則的熱振動,宏觀看來,沒有磁性;在外加磁場作用下,每個原子磁矩比較規則地取向,物質顯示極弱的磁性。磁化強度與外磁場方向一致,為正,而且嚴格地與外磁場H成正比。順磁性物質的磁性除了與H有關外,還依賴于溫度。其磁化率Χ與絕對溫度T成反比。順磁性物質的磁化率一般也很小,室溫下Χ約為10-5。

        抗磁性:當磁化強度M為負時,表現為抗磁性。Bi、Cu、Ag、Au等金屬具有這種性質。在外磁場中,這類磁化了的介質內部的磁感應強度小于真空中的磁感應強度M??勾判晕镔|的原子(離子)的磁矩應為零,即不存在永久磁矩。當抗磁性物質放入外磁場中,外磁場使電子軌道改變,感生一個與外磁場方向相反的磁矩,表現為抗磁性。所以抗磁性來源于原子中電子軌道狀態的變化??勾判晕镔|的抗磁性一般很微弱,磁化率Χ一般約為-10-5,為負值。

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