什么是磁畴？

根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可分为五类：顺磁性物质、抗磁性物质、铁磁性物质、亚铁磁性物质和反铁磁性物质。铁磁性物质是一种在外部磁场的作用下被磁化后，即使外部磁场消失，依然能保持其磁化的状态具有磁性的物质，铁磁性物质的基本特征是物质内部存在自发磁化和磁畴结构。

磁畴理论是现代磁化理论的基础，几乎所有磁学应用都以畴为基本单元，而不是以一个电子自旋为单元，磁学中讨论磁矩都是基于畴而展开的；但磁畴是我们肉眼不可见的一种东西，所以理解和认识起来有一些难度，今天带大家一起了解一下什么是磁畴。

基于扫描电子显微镜照片的金属性磁畴效果图

1、磁畴的形成

我们都知道铁磁性物质在没有充磁（磁化）前对外是不显示磁性的，这是由于在居里温度以下，大块铁磁晶体中会形成磁畴结构，每个磁畴内部自发磁化是均匀一致的，但不同磁畴之间自发磁化方向不同，磁矩相互抵消，矢量和为零，因此宏观上铁磁体并不显示磁性。

磁畴是铁磁体材料在自发磁化的过程中，为降低静磁能而产生分化的方向各异的小型磁化区域，每个区域内部包含大量原子，这些原子的磁矩都象一个个小磁铁那样整齐排列，但相邻的不同区域之间原子磁矩排列的方向不同。各个磁畴之间的交界面称为磁畴壁。

磁畴的形成，可以简单地理解为降低布满外部空间的杂散场所携带的磁偶极能，即退磁能。下图c-ⅰ是一个单畴磁体，其杂散场分布区域广大，为了削弱这一区域，磁体内部会自发地发生磁矩重新分布，形成磁畴。最直观的重新分布即如图c-ⅱ所示形成上下两个畴，杂散场得以大幅削弱。如果进一步形成上下四个畴，如图c-ⅲ所示，则杂散场会进一步削弱。不过，这一进程也会反过来增加静磁交换能，可以大致理解为畴壁能。磁畴的最终形态与尺度是磁偶极能与交换能相互竞争的产物。如果铁磁样品的尺寸和外观形状发生变化，磁畴的形态会有丰富的表现，如形成图c-ⅴ之类的畴结构。

2、磁畴壁

磁畴与磁畴之间的边界称为磁畴壁，相邻磁畴原子磁矩相反（磁矩夹角为180°）的磁畴壁称为180°畴壁；相邻磁畴原子磁矩相互垂直的磁畴壁为90°畴壁。磁畴壁有若干个原子的厚度，不同材料的磁畴壁厚度不同。

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，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。

3、技术磁化过程

为区别铁磁体或亚铁磁体中磁畴内的自发磁化，我们把铁磁体或亚铁磁体在磁场中的磁化称为技术磁化。

我们都知道，铁磁性或亚铁性物质的技术磁化曲线（M~H曲线）是非线性的，纵坐标是磁化强度M，横坐标是磁场强度H。假设磁体有两个磁畴：

当磁场为零时，上磁畴和下磁畴原子磁矩数目相等，方向相反，原子磁矩的矢量和为零，该物质的磁化强度为零。如图（a）

当沿横坐标正方向施加磁场H1时，上磁畴的磁矩M与外磁场的夹角θ<90°，静磁能较低，比较稳定；而下磁畴的磁矩M与外磁场的夹角θ>90°，静磁能较高，比较不稳定。因此在外磁场H1的作用下，上磁畴要扩大，下磁畴会缩小，也就是180°畴壁如图（b）中所示，沿箭头方向位移，导致沿磁场方向的磁化增加，并且180°畴壁位移速度可能很快，M~H磁化曲线的ab段变的很陡。

当外磁场增加大HR时，即图中c点，畴壁位移已经结束，180°畴壁已经被赶出磁体外，整个磁体就是一个单畴体了，原子磁矩还停留在上磁畴原磁矩方向上，如图（c）,由a点到c点即技术磁化过程，是畴壁位移的过程。

当外磁场从HR点逐渐增加到HS点，即c点到d点，原子磁矩都逐渐转动的与外磁场一致的方向，如图（d）。当外磁场增加到HS点，原子磁矩基本都已经转动到与外磁场方向平行的方向，此时磁体已经达到技术磁化饱和状态了，此时的磁化强度称为饱和磁化强度。技术磁化过程基本上是由畴壁位移和磁矩转动两种方式来实现的。

如果把外磁场减小到零，原子磁矩将逐渐移动到长轴方向，如图（e），这个过程是磁矩转动的过程。可见，去除外磁场后磁化强度没有降低到零，在磁场正方向上，磁化强度还保留有Mr值，称为剩余磁化强度。