铁磁、反铁磁、顺磁、抗磁.doc

1、铁磁性铁 磁 性Ferromagnetism过 渡 族 金 属 （ 如 铁 ） 及 它 们 的 合 金 和 化 合 物 所 具 有 的 磁 性 叫 做 铁 磁 性 ， 这 个 名 称 的由 来 是 因 为 铁 是 具 有 铁 磁 性 物 质 中 最 常 见 也 是 最 典 型 的 。 钐 (Samarium)， 钕 (neodymium)与 钴 的 合 金 常 被 用 来 制 造 强 磁 铁 。 铁 磁 理 论 的 奠 基 者 ， 法 国 物 理 学 家 P.-E.外 斯 于 1907 年 提 出 了 铁 磁 现 象 的 唯 象 理论 。 他 假 定 铁 磁 体 内 部 存 在 强 大 的 “

2、分 子 场 ”， 即 使 无 外 磁 场 ， 也 能 使 内 部 自 发 地 磁 化； 自 发 磁 化 的 小 区 域 称 为 磁 畴 ， 每 个 磁 畴 的 磁 化 均 达 到 磁 饱 和 。 实 验 表 明 ， 磁 畴 磁 矩 起因 于 电 子 的 自 旋 磁 矩 。 1928 年 W.K.海 森 伯 首 先 用 量 子 力 学 方 法 计 算 了 铁 磁 体 的 自 发磁 化 强 度 ， 给 予 外 斯 的 “分 子 场 ”以 量 子 力 学 解 释 。 1930 年 F.布 洛 赫 提 出 了 自 旋 波 理论 。 海 森 伯 和 布 洛 赫 的 铁 磁 理 论 认 为 铁 磁 性 来

3、 源 于 不 配 对 的 电 子 自 旋 的 直 接 交 换 作 用 。铁 磁 性 材 料 存 在 长 程 序 ， 即 磁 畴 内 每 个 原 子 的 未 配 对 电 子 自 旋 倾 向 于 平 行 排 列 。因 此 ， 在 磁 畴 内 磁 性 是 非 常 强 的 ， 但 材 料 整 体 可 能 并 不 体 现 出 强 磁 性 ， 因 为 不 同 磁 畴 的磁 性 取 向 可 能 是 随 机 排 列 的 。 如 果 我 们 外 加 一 个 微 小 磁 场 ， 比 如 螺 线 管 的 磁 场 会 使本 来 随 机 排 列 的 磁 畴 取 向 一 致 ， 这 时 我 们 说 材 料 被 磁 化 1

4、。 材 料 被 磁 化 后 ， 将 得 到 很强 的 磁 场 ， 这 就 是 电 磁 铁 的 物 理 原 理 。 当 外 加 磁 场 去 掉 后 ， 材 料 仍 会 剩 余 一 些 磁 场 ， 或 者 说 材 料 “记 忆 “了 它 们 被 磁 化 的历 史 。 这 种 现 象 叫 作 剩 磁 ， 所 谓 永 磁 体 就 是 被 磁 化 后 ， 剩 磁 很 大 。 当 温 度 很 高 时 ， 由 于 无 规 则 热 运 动 的 增 强 ， 磁 性 会 消 失 ， 这 个 临 界 温 度 叫 居 里温 度 (Curie temperature)。 如 果 我 们 考 察 铁 磁 材 料 在 外

5、加 磁 场 下 的 机 械 响 应 ， 会 发 现 在 外 加 磁 场 方 向 ， 材 料 的长 度 会 发 生 微 小 的 改 变 ， 这 种 性 质 叫 作 磁 致 伸 缩 (magnetostriction)。 产 生 铁 磁 性 条 件 ：铁 磁 质 的 自 发 磁 化 ：铁 磁 现 象 虽 然 发 现 很 早 ， 然 而 这 些 现 象 的 本 质 原 因 和 规 律 ， 还 是 在 本 世 纪 初 才 开 始认 识 的 。 1907 年 法 国 科 学 家 外 斯 系 统 地 提 出 了 铁 磁 性 假 说 ， 其 主 要 内 容 有 ： 铁 磁 物 质内 部 存 在 很 强 的

6、“分 子 场 ”， 在 “分 子 场 ”的 作 用 下 ， 原 子 磁 矩 趋 于 同 向 平 行 排 列 ， 即 自 发磁 化 至 饱 和 ， 称 为 自 发 磁 化 ； 铁 磁 体 自 发 磁 化 分 成 若 干 个 小 区 域 (这 种 自 发 磁 化 至 饱和 的 小 区 域 称 为 磁 畴 )， 由 于 各 个 区 域 (磁 畴 )的 磁 化 方 向 各 不 相 同 ， 其 磁 性 彼 此 相 互 抵消 ， 所 以 大 块 铁 磁 体 对 外 不 显 示 磁 性 。外 斯 的 假 说 取 得 了 很 大 成 功 ， 实 验 证 明 了 它 的 正 确 性 ， 并 在 此 基 础 上

7、发 展 了 现 代 的铁 磁 性 理 论 。 在 分 子 场 假 说 的 基 础 上 ， 发 展 了 自 发 磁 化 （ spontaneous magnetization） 理 论 ， 解 释 了 铁 磁 性 的 本 质 ； 在 磁 畴 假 说 的 基 础 上 发 展 了 技 术 磁 化 理 论 ， 解 释 了铁 磁 体 在 磁 场 中 的 行 为 。铁 磁 性 材 料 的 磁 性 是 自 发 产 生 的 。 所 谓 磁 化 过 程 (又 称 感 磁 或 充 磁 )只 不 过 是 把 物质 本 身 的 磁 性 显 示 出 来 ， 而 不 是 由 外 界 向 物 质 提 供 磁 性 的 过 程

8、 。 实 验 证 明 ， 铁 磁 质 自 发磁 化 的 根 源 是 原 子 (正 离 子 )磁 矩 ， 而 且 在 原 子 磁 矩 中 起 主 要 作 用 的 是 电 子 自 旋 磁 矩 。与 原 子 顺 磁 性 一 样 ， 在 原 子 的 电 子 壳 层 中 存 在 没 有 被 电 子 填 满 的 状 态 是 产 生 铁 磁 性 的 必要 条 件 。 例 如 铁 的 3d 状 态 有 四 个 空 位 ， 钴 的 3d 状 态 有 三 个 空 位 ， 镍 的 3d 态 有 二个 空 位 。 如 果 使 充 填 的 电 子 自 旋 磁 矩 按 同 向 排 列 起 来 ， 将 会 得 到 较 大

9、磁 矩 ， 理 论 上 铁 有4B， 钴 有 3B， 镍 有 2B。可 是 对 另 一 些 过 渡 族 元 素 ， 如 锰 在 3d 态 上 有 五 个 空 位 ， 若 同 向 排 列 ， 则 它 们 自旋 磁 矩 的 应 是 5B， 但 它 并 不 是 铁 磁 性 元 素 。 因 此 ， 在 原 子 中 存 在 没 有 被 电 子 填 满 的状 态 (d 或 f 态 )是 产 生 铁 磁 性 的 必 要 条 件 ， 但 不 是 充 分 条 件 。 故 产 生 铁 磁 性 不 仅 仅 在 于元 素 的 原 子 磁 矩 是 否 高 ， 而 且 还 要 考 虑 形 成 晶 体 时 ， 原 子 之

10、间 相 互 键 合 的 作 用 是 否 对 形成 铁 磁 性 有 利 。 这 是 形 成 铁 磁 性 的 第 二 个 条 件 。根 据 键 合 理 论 可 知 ， 原 子 相 互 接 近 形 成 分 子 时 ， 电 子 云 要 相 互 重 叠 ， 电 子 要 相 互 交换 。 对 于 过 渡 族 金 属 ， 原 子 的 3d 的 状 态 与 s 态 能 量 相 差 不 大 ， 因 此 它 们 的 电 子 云 也将 重 叠 ， 引 起 s、 d 状 态 电 子 的 再 分 配 。 这 种 交 换 便 产 生 一 种 交 换 能 Eex(与 交 换 积 分有 关 )， 此 交 换 能 有 可 能

11、使 相 邻 原 子 内 d 层 末 抵 消 的 自 旋 磁 矩 同 向 排 列 起 来 。 量 子 力 学计 算 表 明 ， 当 磁 性 物 质 内 部 相 邻 原 子 的 电 子 交 换 积 分 为 正 时 (A 0)， 相 邻 原 子 磁 矩 将同 向 平 行 排 列 ， 从 而 实 现 自 发 磁 化 。 这 就 是 铁 磁 性 产 生 的 原 因 。 这 种 相 邻 原 子 的 电 子 交换 效 应 ， 其 本 质 仍 是 静 电 力 迫 使 电 子 自 旋 磁 矩 平 行 排 列 ， 作 用 的 效 果 好 像 强 磁 场 一 样 。外 斯 分 子 场 就 是 这 样 得 名 的 。

12、 理 论 计 算 证 明 ， 交 换 积 分 A 不 仅 与 电 子 运 动 状 态 的 波 函数 有 关 ， 而 且 强 烈 地 依 赖 子 原 子 核 之 间 的 距 离 Rab (点 阵 常 数 )， 如 图 5-13 所 示 。 由图 可 见 ， 只 有 当 原 子 核 之 间 的 距 离 Rab 与 参 加 交 换 作 用 的 电 子 距 核 的 距 离 (电 子 壳 层半 径 )r 之 比 大 于 3， 交 换 积 分 才 有 可 能 为 正 。 铁 、 钴 、 镍 以 及 某 些 稀 土 元 素 满 足 自 发 磁化 的 条 件 。 铬 、 锰 的 A 是 负 值 ， 不 是 铁

13、 磁 性 金 属 ， 但 通 过 合 金 化 作 用 ， 改 变 其 点 阵 常数 ， 使 得 Rab /r 之 比 大 于 3， 便 可 得 到 铁 磁 性 合 金 。综 上 所 述 ， 铁 磁 性 产 生 的 条 件 ： 原 子 内 部 要 有 末 填 满 的 电 子 壳 层 ； 及 Rab r 之 比 大 于 3 使 交 换 积 分 A 为 正 。 前 者 指 的 是 原 子 本 征 磁 矩 不 为 零 ； 后 者 指 的 是 要有 一 定 的 晶 体 结 构 。根 据 自 发 磁 化 的 过 程 和 理 论 ， 可 以 解 释 许 多 铁 磁 特 性 。 例 如 温 度 对 铁 磁 性

14、 的 影 响 。当 温 度 升 高 时 ， 原 子 间 距 加 大 ， 降 低 了 交 换 作 用 ， 同 时 热 运 动 不 断 破 坏 原 子 磁 矩 的 规 则取 向 ， 故 自 发 磁 化 强 度 Ms 下 降 。 直 到 温 度 高 于 居 里 点 ， 以 致 完 全 破 坏 了 原 子 磁 矩 的规 则 取 向 ， 自 发 磁 矩 就 不 存 在 了 ， 材 料 由 铁 磁 性 变 为 顺 磁 性 。 同 样 ， 可 以 解 释 磁 晶 各 向异 性 、 磁 致 伸 缩 等 。具 有 铁 磁 性 的 元 素 ：到 目 前 为 止 ,仅 有 四 种 金 属 元 素 在 室 温 以 上

15、 是 铁 磁 性 的 ， 即 铁 ， 钴 ， 镍 和 钆 ，极 低 低 温 下 有 五 种 元 素 是 铁 磁 性 的 ， 即 铽 、 镝 、 钬 、 铒 和 铥居 里 温 度 分 别 为 ： 铁 768 ,钴 1070 ,镍 376 ,钆 20反铁磁性概 念 解 析 在 原 子 自 旋 （ 磁 矩 ） 受 交 换 作 用 而 呈 现 有 序 排 列 的 序 磁 材 料 中 ,如 果 相 邻原 子 自 旋 间 因 受 负 的 交 换 作 用 ,自 旋 为 反 平 行 排 列 ， 则 磁 矩 虽 处 于 有 序 状 态 (称 为 序 磁性 )， 但 总 的 净 磁 矩 在 不 受 外 场 作 用

16、 时 仍 为 零 。 这 种 磁 有 序 状 态 称 为 反 铁 磁 性 。 注 ： 这 种 材 料 当 加 上 磁 场 后 其 磁 矩 倾 向 于 沿 磁 场 方 向 排 列 ， 即 材 料 显 示 出 小 的 正 磁 化 率 。但 该 磁 化 率 与 温 度 相 关 ， 并 在 奈 尔 点 有 最 大 值 。 用 主 要 磁 现 象 为 反 铁 磁 性 物 质 制成 的 材 料 ， 称 为 反 铁 磁 材 料 。 反 铁 磁 性 是 指 由 于 电 子 自 旋 1反 向 平 行 排 列 。 在 同 一子 晶 格 中 有 自 发 磁 化 强 度 ， 电 子 磁 矩 是 同 向 排 列 的 ；

17、 在 不 同 子 晶 格 中 ， 电 子 磁 矩 反 向排 列 。 两 个 子 晶 格 中 自 发 磁 化 强 度 大 小 相 同 ， 方 向 相 反 ， 整 个 晶 体 。 反 铁 磁 性 物 质大 都 是 非 金 属 化 合 物 ， 如 MnO。 不 论 在 什 么 温 度 下 ， 都 不 能 观 察 到 反 铁 磁 性 物 质 的任 何 自 发 磁 化 现 象 ， 因 此 其 宏 观 特 性 是 顺 磁 性 的 ， M 与 H 处 于 同 一 方 向 ， 磁 化 率 为正 值 。 温 度 很 高 时 ， 极 小 ； 温 度 降 低 ， 逐 渐 增 大 。 在 一 定 温 度 时 ， 达

18、最 大 值 。 称 为反 铁 磁 性 物 质 的 居 里 点 或 尼 尔 点 。 对 尼 尔 点 存 在 的 解 释 是 ： 在 极 低 温 度 下 ， 由 于 相 邻原 子 的 自 旋 完 全 反 向 ， 其 磁 矩 几 乎 完 全 抵 消 ， 故 磁 化 率 几 乎 接 近 于 0。 当 温 度 上 升时 ， 使 自 旋 反 向 的 作 用 减 弱 ， 增 加 。 当 温 度 升 至 尼 尔 点 以 上 时 ， 热 骚 动 的 影 响 较 大 ， 此时 反 铁 磁 体 与 顺 磁 体 有 相 同 的 磁 化 行 为 。 反 铁 磁 性 物 质 置 於 磁 场 中 ， 其 邻 近 原 子 之

19、磁 矩 相 等 而 排 列 方 向 刚 好 相 反 ， 因 此 其 磁 化 率 为 零 。 许 多 过 渡 元 素 之 化 合 物 都 有 这种 反 铁 磁 性 。 物 质 之 磁 矩 是 由 其 内 每 一 原 子 内 之 电 子 之 自 旋 ， 及 轨 道 运 动 所 产 生 之磁 矩 和 及 原 子 间 之 交 互 作 用 之 和 。 利 用 物 质 之 磁 矩 对 中 子 磁 矩 作 用 产 生 之 绕 射 现 象 ， 可以 测 定 物 质 内 原 子 磁 矩 之 分 布 方 向 和 次 序 。 利 用 中 子 绕 射 而 测 得 之 MnF2 和 NiO 二种 反 铁 磁 性 物 质

20、 之 磁 矩 结 构 。 在 MnF2 反 铁 磁 性 物 质 中 ， Mn 离 子 其 3d 轨 道 未 饱 和之 电 子 受 到 磁 场 磁 化 之 磁 矩 依 面 心 立 方 晶 格 Fcc 而 分 布 ， 因 在 每 一 角 落 上 离 子 之磁 矩 都 是 同 一 方 向 。 而 在 其 立 方 面 上 之 离 子 磁 矩 都 在 同 一 相 反 方 向 。 其 向 量 和 等 于 零 ，因 而 此 种 物 质 之 磁 化 率 ， X 等 于 零 。 物 质 在 磁 场 中 之 取 向 效 应 受 到 热 激 动 的 抵 抗 ，因 而 其 磁 化 率 随 温 度 而 变 。 当 温

21、度 等 于 某 一 温 度 尼 尔 温 度 （ Neel Temperature）时 ， 反 铁 磁 物 质 的 磁 化 率 会 稍 微 上 升 ， 当 温 度 超 过 尼 尔 温 度 TN 时 ， 则 反 铁 磁 性 物 质之 磁 性 近 于 顺 磁 性 。顺磁性paramagnetism 顺 磁 性 物 质 的 磁 化 率 为 正 值 ， 比 反 磁 性 大 1 3 个 数 量 级 ， X 约 10-5 10-3， 遵守 Curie 定 律 或 Curie-Weiss 定 律 。 物 质 中 具 有 不 成 对 电 子 的 离 子 、 原 子 或 分 子 时 ，存 在 电 子 的 自 旋

22、角 动 量 和 轨 道 角 动 量 ， 也 就 存 在 自 旋 磁 矩 和 轨 道 磁 矩 。 在 外 磁 场 作 用下 ， 原 来 取 向 杂 乱 的 磁 矩 将 定 向 ， 从 而 表 现 出 顺 磁 性 。 顺 磁 性 是 一 种 弱 磁 性 。 顺 磁 (性 )物 质 的 主 要 特 点 是 原 子 或 分 子 中 含 有 没 有 完 全 抵消 的 电 子 磁 矩 ， 因 而 具 有 原 子 或 分 子 磁 矩 。 但 是 原 子 (或 分 子 )磁 矩 之 间 并 无 强 的 相 互作 用 (一 般 为 交 换 作 用 )， 因 此 原 子 磁 矩 在 热 骚 动 的 影 响 下 处

23、 于 无 规 (混 乱 )排 列 状 态 ，原 子 磁 矩 互 相 抵 消 而 无 合 磁 矩 。 但 是 当 受 到 外 加 磁 场 作 用 时 ， 这 些 原 来 在 热 骚 动 下 混 乱排 列 的 原 子 磁 矩 便 同 时 受 到 磁 场 作 用 使 其 趋 向 磁 场 排 列 和 热 骚 动 作 用 使 其 趋 向 混 乱 排 列， 因 此 总 的 效 果 是 在 外 加 磁 场 方 向 有 一 定 的 磁 矩 分 量 。 这 样 便 使 磁 化 率 (磁 化 强 度 与磁 场 强 度 之 比 )成 为 正 值 ， 但 数 值 也 是 很 小 ,一 般 顺 磁 物 质 的 磁 化

24、率 约 为 十 万 分 之 一 (10-5)， 并 且 随 温 度 的 降 低 而 增 大 。常 见 的 顺 磁 物 质 有 氧 气 、 金 属 铂 (白 金 )、 一 氧 化 氮 、 含 掺 杂 原 子 的 半 导 体 如 掺磷 (P)或 砷 (As)的 硅 (Si)、 由 幅 照 产 生 位 错 和 缺 陷 的 物 质 等 。 还 有 含 导 电 电 子 的 金 属 如锂 (Li)、 钠 (Na)等 ， 这 些 顺 磁 (性 )金 属 的 顺 磁 磁 化 率 却 与 温 度 无 关 ， 这 种 金 属 的 特 殊 顺磁 性 是 可 以 用 量 子 力 学 解 释 的 。 顺 磁 性 虽 是

25、 一 种 弱 磁 性 ， 但 也 有 其 重 要 的 应 用 ， 例 如， 从 顺 磁 物 质 的 顺 磁 性 和 顺 磁 共 振 可 以 研 究 其 结 构 ， 特 别 是 电 子 组 态 结 构 ； 利 用 顺 磁物 质 的 绝 热 退 磁 效 应 可 以 获 得 约 1-10-3K 的 超 低 温 度 ， 这 是 一 种 产 生 超 低 温 度 的 重 要方 法 ； 在 顺 磁 性 和 顺 磁 共 振 基 础 上 发 展 起 来 的 顺 磁 微 波 量 子 放 大 器 ， 不 但 是 早 期 研 制 和应 用 的 一 种 超 低 噪 声 的 微 波 放 大 器 ， 而 且 也 促 进 了

26、 激 光 器 的 研 究 和 发 明 ， 在 生 命 科学 方 面 ， 如 血 红 蛋 白 和 肌 红 蛋 白 在 未 同 氧 结 合 时 为 顺 磁 性 ， 但 在 同 氧 结 合 后 便 转 变 为抗 磁 性 ， 这 两 种 弱 磁 性 的 相 互 转 变 就 反 映 了 生 物 体 内 的 氧 化 和 还 原 过 程 ， 因 而 其 磁 性研 究 成 为 这 种 重 要 生 命 现 象 的 一 种 研 究 方 法 ； 如 果 目 前 医 学 上 有 着 重 要 应 用 的 核 磁共 振 成 像 技 术 发 展 到 电 子 顺 磁 共 振 成 像 技 术 ， 可 以 预 料 利 用 这 一

27、 技 术 便 可 显 示 生 物体 内 顺 磁 物 质 (如 血 红 蛋 白 和 自 由 基 等 )的 分 布 和 变 化 ， 这 会 在 生 命 科 学 和 医 学 上 得 到重 要 的 应 用 。简 而 言 之 ： 电 子 自 旋 产 生 磁 场 ， 分 子 中 有 不 成 对 电 子 时 ， 各 单 电 子 平 行 自 旋 ， 磁 场加 强 。 这 时 物 质 呈 顺 磁 性 。 抗磁性diamagnetism 抗 磁 性 是 一 些 物 质 的 原 子 中 电 子 磁 矩 互 相 抵 消 ， 合 磁 矩 为 零 。 但 是 当 受 到 外 加磁 场 作 用 时 ， 电 子 轨 道 运

28、动 会 发 生 变 化 ， 而 且 在 与 外 加 磁 场 的 相 反 方 向 产 生 很 小 的 合 磁矩 。 这 样 表 示 物 质 磁 性 的 磁 化 率 便 成 为 很 小 的 负 数 (量 )。 磁 化 率 是 物 质 在 外 加 磁 场 作用 下 的 合 磁 矩 (称 为 磁 化 强 度 )与 磁 场 强 度 之 比 值 ， 符 号 为 。 一 般 抗 磁 (性 )物 质 的 磁化 率 约 为 负 百 万 分 之 一 (-10-6)。常 见 的 抗 磁 物 质 ： 水 、 金 属 铜 、 碳 (C)和 大 多 数 有 机 物 和 生 物 组 织 。 抗 磁 物 质 的一 个 重 要

29、 特 点 是 磁 化 率 不 随 温 度 变 化 。物 质 抗 磁 性 的 应 用 主 要 有 ： 由 物 质 的 磁 化 率 研 究 相 关 的 物 质 结 构 是 磁 化 学 的 一个 重 要 研 究 内 容 ； 一 些 物 质 如 半 导 体 中 的 载 (电 )流 子 在 一 定 的 恒 定 (直 流 )磁 场 和 高 频磁 场 同 时 作 用 下 会 发 生 抗 磁 共 振 (常 称 回 旋 共 振 )， 由 此 可 测 定 半 导 体 中 载 流 子 (电 子和 空 穴 )的 符 号 和 有 效 质 量 ； 由 生 物 抗 磁 (性 )组 织 的 磁 化 率 异 常 变 化 可 推

30、 测 该 组 织 的病 变 (如 癌 变 )。 核 磁 共 振 谱 中 的 抗 磁 性 。 它 是 由 于 原 子 核 外 电 子 环 流 的 作 用 使 物 质 具 有 的 磁 特 性 。当 所 产 生 的 磁 性 作 用 在 与 外 加 磁 场 相 反 的 方 向 时 产 生 屏 蔽 ， 则 称 为 抗 磁 性 。 如 物 质 中 存在 不 配 对 电 子 时 ， 则 出 现 顺 磁 性 ， 而 且 可 超 过 任 何 的 抗 磁 性 。 屏 蔽 与 去 屏 蔽 取 决 于 核相 对 任 一 感 生 磁 场 的 方 向 ， 故 称 为 各 向 异 性 效 应 。 抗 磁 性 各 向 异 性

31、 是 由 和 电 子云 内 的 环 流 引 起 的 。 一 般 而 言 ,分 子 中 无 不 成 对 电 子 时 ,物 质 呈 抗 磁 性1970 年，瑞典皇家科学院决定把该年度的诺贝尔物理学奖授予瑞典物理学家阿尔芬及法国物理学家奈尔，因为阿耳芬在磁流体及等离子体方面作出了重大贡献，而奈尔则因在反铁磁和亚铁磁方面的重要发现和基础研究而获奖的。奈尔，1904 年 11 月 22 日出生于法国里昂，他在物理学中的主要贡献除发现反铁磁性和铁氧磁体外，还在物理磁性的其它方面做了一些重要工作，如微粒的磁性，磁性输运，磁体内部分散磁场、超反铁磁性等。我们今天主要介绍它所发现的反铁磁性与亚铁磁性。大约到了本

32、世纪三十年代初，人们对反磁性、顺磁性和铁磁性已得到满意的说明。1932年，奈尔发现根据磁矩间相互作用又很自然地说明了另一种铁磁体的磁性，即反铁磁性，按照奈尔的理论，在反铁磁体中磁矩存在两套排列方式。我们知道，铁磁体磁化时，各个组成原子的磁矩倾向于按同一方向排列，即平行于外磁场的方向排列，因此铁磁体的总磁矩就等于所有组成原子的磁矩之和。如果也把铁磁体中磁矩分成两套排列方式的话，这两套磁矩具有相同的排列方式。如图（a） ；对于反铁磁体中的两套磁矩，它们是相间排列的，每套磁矩排列是完全一致的，相邻磁矩排列却是反平行的，两套磁矩大小几乎一样，因此其总的磁矩也几乎为零，如图（b） 。铁磁性、反铁磁性与亚

33、铁磁性磁矩排列示意图 1948年，奈尔又根据他的理论成功地解释了亚铁性的磁化规律，奈尔认为，在亚铁磁体磁化时，两套磁矩的排列也是相反的，但两套磁矩的大小不相等，沿某一方向排列的磁矩较大，沿相反方向排列的磁矩较小如图（c） ，因此，亚铁磁体仍显示出较强的铁磁性。奈尔经过研究后还发现，与铁磁体相类似地反铁磁体与亚铁磁体也存在一个临界转变温度，在这个温度以下磁体表现为反铁磁性和亚铁磁性，而温度超过这一临界温度时，磁体就表现为顺磁性。不同材料磁体具有不同的临界温度，这个临界温度就称为奈尔温度。铁氧体是一种亚铁磁体，它是天然磁铁矿的主要成份，它的化学组成是四氧化三铁。一般亚铁磁体具有很高的电阻，不易受杂散电流的影响，因此它们在电话机、磁带涂层、计算机的记忆磁芯及变压磁等低损耗高频技术中是极为有用的。它们也可以用于发动机中的永久磁铁、扬声器与麦克风中。