利用磁力顯微鏡圖像計算雜散場和分析磁疇結(jié)構(gòu)

1、利用磁力顯微鏡圖像計算雜散場和分析磁疇結(jié)構(gòu) 利用磁力顯微鏡圖像計算雜散場和分析磁疇結(jié)構(gòu)第一章 第一章 引言 引言1.1 磁疇研究歷史和現(xiàn)狀 磁疇研究歷史和現(xiàn)狀磁疇最初并不是從實驗中觀察到的，而是從理論上最先預(yù)測到的。在 19 世紀初科學(xué)家們意識到磁性物質(zhì)內(nèi)含有大量元磁極，就像普通物質(zhì)含有大量原子和分子一樣。安培分子電流假設(shè)是這一理論的典型代表[1]。元磁極的設(shè)想能解釋兩個事實：不可能將磁鐵的南極和北極分離開來，磁化飽和時所有的元磁極都朝

2、著同一個方向。隨后，除了這些合理的假設(shè)外，在對磁性現(xiàn)象的理解上進展很慢。直到 1905 年，Langevin 利用統(tǒng)計力學(xué)方法發(fā)展了順磁理論[2]。他指出，室溫下獨立的分子磁體只會產(chǎn)生很弱的磁性，只有元磁體間有相互作用時才會產(chǎn)生強磁性。兩年后，Weiss 詳盡地闡述了這一想法[3]，仿照 vander Waals的“分子內(nèi)壓力”理論[4]，外斯引入了分子場理論來模擬磁相互作用的平均影響。外斯的理論可以地很好得出飽和磁化強度和溫度的關(guān)系曲

3、線。根據(jù)實驗上的磁性物質(zhì)的居里溫度曲線，外斯最終得到一個很大的“分子場” 。很久后，才由 Heisenberg 才證實這個場的實質(zhì)是量子力學(xué)中的交換相互作用[5]。外斯也預(yù)言到磁化飽和狀態(tài)是在遠低于居里溫度下的一種熱力學(xué)平衡狀態(tài)，因為分子場遠比實際物質(zhì)中的內(nèi)場和外場要大，在外斯理論中，外部磁場幾乎對磁性物質(zhì)的飽和磁化強度值沒有影響。然而，外斯理論只有確定磁化強度矢量的大小，不能確定方向。這樣，外斯理論也能解釋一個鐵片在常溫下不顯示鐵磁性

4、，原因是樣品內(nèi)不同區(qū)域的磁化強度矢量相互抵消。在外斯的工作中，他提到，晶體的一部分在一個方向磁化，其它部分可能在相反的方向磁化。隨后，磁疇的概念才逐步被引入，用來指晶體中磁化方向一致的區(qū)域。從磁疇的概念到理解鐵磁體的磁滯回線和高磁導(dǎo)率這些宏觀現(xiàn)象，人們開展了一系列的實驗。第一個證實磁疇存在的人是 Barkhausen[6]，他發(fā)現(xiàn)磁化過程通常是不連續(xù)的，當(dāng)使用擴音器時，能聽到一些有特征的聲音。最初，巴克豪森跳躍被認為是磁疇反轉(zhuǎn)的表現(xiàn)。雖

5、然現(xiàn)在看來這個解釋不合理，但卻導(dǎo)致了一個重大發(fā)現(xiàn)。隨后 Sixtus 和 Tonks 的實驗結(jié)果使得 Bloch 從理論中分析了磁疇的轉(zhuǎn)變過程[7]-[8]，發(fā)現(xiàn)由于海森堡交換相互作用，疇壁必須有幾百個晶格常數(shù)的間距而不是突然的轉(zhuǎn)變。較寬的疇壁有效地減弱了局域不均勻性如點缺微磁學(xué)方程加以解決。對多數(shù)問題，都需要依靠磁疇理論，這是一種結(jié)合了分離的、但內(nèi)部一致磁化的磁疇和由微磁學(xué)方法得到的磁疇壁的理論。根據(jù)宏觀尺度，對磁性材料的描述可以分成

6、 5 個層次[16]，如圖 1.1.2 所示圖 1.1.2 描述磁有序材料的層次圖第三級是經(jīng)典的金相學(xué)。而屬于連續(xù)介質(zhì)理論的微磁學(xué)出現(xiàn)在第二級別，是組成磁疇分析的基礎(chǔ)，這兩層是在細觀的層次上。第四層與材料相圖相關(guān)，這是對磁疇分析的一個重要的限制，它忽略了體積內(nèi)的磁疇和力的分布。在第五層，是技術(shù)磁化的現(xiàn)象，反映了磁疇現(xiàn)象與磁滯回線之間的聯(lián)系。而第一層，是原子基礎(chǔ)，是關(guān)于解釋觀測到的磁矩的幅度值而把晶體各向異性和靜磁相互作用排除在外，