磁畴热激活

《电气工程名词》第一版。 2100433B

1998年，经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

在居里温度以下，铁磁或亚铁磁材料内部存在很多具有各自的自发磁矩且磁矩成对的小区域。这些小区域排列的方向紊乱，宏观上这些小区域的集合体在外界表现出整体磁矩为零，不显磁性的现象。这些小区域即称为磁畴。磁畴之间的界面称为磁畴壁（magnetic domain wall）。当有外磁场作用时，磁畴内一些磁矩转向外磁场方向，使得与外磁场方向接近一致的总磁矩得到增加，这类磁畴得到成长，而其他磁畴变小，结果是磁化强度增高。随着外磁场强度的进一步增高，磁化强度增大，但即使磁畴内的磁矩取向一致，成了单一磁畴区，其磁化方向与外磁场方向也不完全一致。只有当外磁场强度增加到一定程度时，所有磁畴中磁矩的磁化方向才能全部与外磁场方向取向完全一致。此时，铁磁体就达到磁饱和状态，即成饱和磁化。一旦达到饱和磁化后，即使磁场减小到零，磁矩也不会回到零，残留下一些磁化效应。这种残留磁化值称为残余磁感应强度（以符号Br表示）。饱和磁化值称为饱和磁感应强度（Bs）。若加上反向磁场，使剩余磁感应强度回到零，则此时的磁场强度称为矫顽磁场强度或矫顽力（Hc）。

从物质的原子结构观点来看，铁磁质内电子间因自旋引起的相互作用是非常强烈的，在这种作用下，铁磁质内部形成了一些微小的自发磁化区域，叫做磁畴。每一个磁畴中，各个电子的自旋磁矩排列的很整齐，因此它具有很强的磁性。磁畴的体积约为10^-12m³～10^-9m³，内含约10¹⁷～10²⁰ 个原子。在没有外磁场时，铁磁质内各个磁畴的排列方向是无序的，所以铁磁质对外不显磁性。当铁磁质处于外磁场中时，各个磁畴的磁矩在外磁场的作用下都趋向于沿外磁场中的磁化程度非常大，它所建立的附加磁场强度B'比外磁场的磁场强度B在数值上一般要大几十倍到数千倍，甚至达数万倍。

相邻磁畴的界限称为磁畴壁，磁畴壁是一个过渡区，具有一定的厚度。磁畴的磁化方向在畴壁处不能突然转一个很大的角度（主要有180°和90°两种），而是经过畴壁一定厚度逐步转过去的，即在这个过渡区中原子磁矩是逐步改变方向的。畴壁内部的能量总比畴内的能量高，壁的厚薄和面积大小都使它具有一定能量。

磁畴的形状尺寸.畴壁的类型与厚度总称为磁畴结构。同一磁性材料，如果磁畴结构不同，则其磁化行为也不同，所以磁畴结构不同是铁磁性物质磁性千差万别的原因之一。磁畴结构受到交换能、各向异性能、磁弹性能、磁畴壁能、退磁能的影响。平衡状态时的畴结构，这些能量之和应具有最小值。

根据自发磁化理论，在冷却到居里点以下而不受外磁场作用的铁磁晶体中，由于交换作用使得整个晶体自发磁化达到饱和，显然，磁化方向应该沿着晶体的易轴，因为这样交换能和磁晶能才都处于最小值。但因为晶体有一定的大小与形状，整个晶体均匀磁化的结果必然产生磁极，磁极的退磁场却给系统增加了一部分退磁能。对于“单畴”从能量观点，把磁体分为n个区域时。退磁能降为原来的1/n，减少退磁能是分畴的基本动力。但由于两个相邻磁畴间存在畴壁，又需要增加一定的畴壁能，因此自发磁化区域的划分不能无限小，而是以畴壁能及退磁能相加等于极值为条件。为了降低能量.晶体边缘表面附近为封闭磁畴，它们使得退磁能降为零。一个系统从高磁能的饱和组态变为低磁能的分畴组态，从而导致系统能量降低的可能性是形成磁畴结构的原因。

对于多晶体来说晶界，第二相.晶体缺陷、夹杂，应力、成分的不均匀性等对畴结构有显著的影响。每一个晶粒会包含许多畴，在一个磁畴内，磁化强度一般都沿着晶体的易磁化方向。对于非织构的多晶体，各晶粒的取向是不同的，因此在不同晶粒内部磁畴的取向是不同的。为了减少退磁场能，在夹杂物附近会出现附加畴。在平衡状态时，畴壁一般都跨越夹杂物。

首先，材料内部的自发磁化使原子磁矩定向排列，这一过程使原子间磁矩的相互作用能降低，但这个过程不能使整块晶体都变成一个磁畴，甚至不可能是一个很大的畴，因为磁畴要在空间产生磁场，从而引起静磁能。然而，磁畴的分割不能无限进行下去，因为磁畴界面的过渡区域(称为畴壁)是一个高能量区。当磁畴被分割至很小时，畴壁能会非常大，因为畴壁的体积分数随磁畴的变小而增加。这样就形成了具有一定大小的磁畴结构。有时，会在晶体的上、下表面形成三角棱体磁畴，以便将磁力线全部封闭在晶体内部，进一步降低静磁能。 2100433B