铝不是铁磁性物质。
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现象:
铁磁性,是指一种材料的磁性状态,具有自发性的磁化现象。各材料中以铁Z广为人知,故名之。
在通电的螺线管中放入某种测试物质,其中B0为没有在螺线管中放测试材料时的磁场),Bm为螺线管中充满测试材料时的磁场。则:
Bm/B0=Km,Km为相对磁导率(relative permeability)。
则:
Bm=KmB0
根据Km的特性,可以将测试材料分为3类。
⑴反磁性材料(Diamagnetic Material)
反磁性材料的相对磁导率Km小于1,但约等于1。比如,铜的Km=0.9999906;铅的Km=0.9999831。
对于反磁性材料来说,如果把外加磁场移走,其内部的磁场将会归零,导致其没有磁性。
⑵顺磁性材料(Paramagnetic Material)
顺磁性材料的Km大于1,但约等于1,只比1大一点点。如果把外加磁场移走,内部的磁场也会归零,导致其没有磁性。比如铝的Km=1.0000214
⑶)铁磁性材料(Ferromagnetic Material)
铁磁性材料的Km远远比1大。如果把外加磁场移走,其内部的磁场不会归零,其磁力将会被保存。通常,铁、钴,镍都是铁磁性物质,其相对磁导率Km为1000多。
原理:
铁磁性的原理可由两个量子力学描述的现象成功的预测:自旋和泡利不相容原理。
电子的自旋加上其轨道角动量导致一个偶极子磁矩和形成一个磁场。在大多数物质中所有电子的总偶极磁矩为零。只有电子层不满的原子(电子不成对)可能在没有外部磁场的情况下表现一个净磁矩。铁磁性物质有许多这样的电子。假如它们排列在一起的话它们可以一起产生一个可观测得到的宏观场。
这些偶极趋于指向外部磁场的方向。这个现象被称为顺磁性。铁磁性物质的偶极趋于在没有外部磁场的情况下也指向同一方向。这是一个量子力学现象。
按照古典电磁学两个临近的磁偶极趋于指向相反的方向(导致反铁磁性物质)。但是在铁磁性物质中它们趋于指向同一方向。其原因是泡利不相容原理:两个自旋相同的电子不能占据同一位置,因此它们会感觉到附加的排斥力,降低其电静势能。这个能量差别被称为交换能,它导致邻近的电子排列成同向。
在长距离上(数千离子)交换能的作用逐渐被经典偶极相对排列的趋势掩盖,这是在平衡(没有磁性的)情况下铁磁性物质的偶极总的来说不排列起来的原因。在没有磁性的铁磁性物质中其磁偶极被分割在外斯畴中。每个外斯畴内部短距离地磁偶极排列指向同一方向,但是在长距离上不同外斯畴的磁偶极的排列不一致。不同外斯畴之间的边界被称为畴壁,畴壁内原子之间的指向逐渐更改。
因此一块铁一般没有磁性,或者其磁性非常弱。但是在一个足够强的外部磁场中,所有外斯畴会沿着这个磁场排列,在外部磁场消失后这些外斯畴会继续保存其同一的指向。这个磁场与外部磁场之间的关系由一条磁滞曲线描写。虽然这个排列整齐的外斯畴的能量不是Z低的,但是它非常稳定。在海底的磁铁矿会上百万年地指向它形成时的地磁场方向。通过加热再在没有外部磁场的情况下冷却磁铁的磁场会消失。
温度升高后热振荡(或熵)与铁磁性的偶极排列竞争。温度高于居里点后晶体内发生二级相变,整个系统无法磁化,在有外部磁场的情况下这时铁磁性物质显示顺磁性。在居里点下对称破缺,外斯畴形成。居里点本身是一个阈值,理论上这里的磁化率为无穷大,虽然这里没有磁化,但是在任何长度范围内均有类似外斯畴的自旋波动。
尤其是使用简化了的伊辛自旋模型来研究铁磁性相变对统计物理学的发展起了巨大作用。在这里平均场理论明显地无法正确地预言居里点上的现象,需要被重整化群理论取代。
亚铁磁性在物理学中,亚铁磁性物质为不同亚晶格的原子磁矩呈相反的物质,如在反铁磁性中;然而,在亚铁磁性物质中,相反的磁矩不相等,还残存暂时磁性。该情况发生于,当亚晶格是由不同的材料或不同价态的铁组成时(例如Fe和Fe)。
亚铁磁性物质像铁磁性一样,在居里点以下保持暂态磁性,在该温度以上无磁性序列(顺磁性)。但是,有时候在一个低于居里点的温度,两种亚晶格有相同的磁矩,从而导致零磁矩;该现象被称为磁抵消点。该抵消点在石榴石和稀土金属——过渡金属混合物(RE-TM)中,容易被观测到。于此同时,亚铁磁可能还存在角动量抵消点,在该磁亚晶格的角动量被抵消。该抵消点对于磁记忆设备在达到高速反向磁化是一个重要的点..
亚铁盐和磁性石榴石展现亚铁磁性。Z早被人知的磁性物质,磁铁矿 (铁(Ⅱ,Ⅲ)氧化物;Fe3O4),为亚铁磁;它在奈耳发现亚铁磁性和反铁磁性之前,被归为铁磁性物质..
一些亚铁磁性材料为YIG(yttrium iron garnet,钇铁石榴石)和亚铁盐组成。该亚铁盐由铁氧化物和其他元素,例如铝,钴,镍,锰,锌组成。