2.2.2　決定磁疇結(jié)構(gòu)的能量類型之二

——磁交換作用能

交換作用是電子間的一種量子力學效應，這種作用從性質(zhì)上說，是一種靜電相互作用，它使得自旋平行的一對電子和自旋反平行的一對電子具有不同的能量。在固體中，磁性電子往往從屬于相應的磁性離子。因此通常也有兩個磁性離子之間或兩個磁矩之間的交換作用這樣的說法。

各向異性交換作用的強度比各向同性交換作用小，它是磁性材料中磁晶各向異性的重要來源。交換作用是造成固體磁有序的決定性因素。

單純從靜磁能看，自發(fā)磁化趨向于分割成為磁化方向不同的磁疇，分割越細，靜磁能越低。但是，形成磁疇也是要付出代價的。相鄰磁疇之間，破壞了兩邊磁矩的平行排列，使交換能增加。為減少交換能的增加，相鄰磁疇之間的原子磁矩，不是驟然轉(zhuǎn)向的，而是經(jīng)過一個磁矩方向逐漸變化的過渡區(qū)域。這種過渡的區(qū)域稱為疇壁，如圖2-8（a）所示。在疇壁內(nèi)，原子磁矩不是平行排列的，同時也偏離了易磁化方向，所以在過渡區(qū)域內(nèi)增加了磁交換作用能和磁各向異性能，這就是建立疇壁所需的疇壁能[圖2-8（b）]。磁疇分割得越細，所需疇壁數(shù)目越多，總的疇壁能越高。由于這個緣故，磁疇的分割并不會無限地進行下去，而是進行到再分割所增加的疇壁能超過靜磁能的減少時為止。此時體系的總自由能最低。

圖2-8　決定磁疇結(jié)構(gòu)的能量類型之二——磁交換作用能

一般地說，大塊鐵磁物體分成磁疇的原因是短程強交換作用和長程靜磁相互作用共同作用的結(jié)果。根據(jù)相鄰磁疇磁化方向的不同，可把疇壁區(qū)分為180°壁和90°壁。疇壁具有一定的厚度δ0，如鐵晶體的疇壁約含1000個原子層。疇壁厚度取決于交換能和各向異性能的比值，某些稀土金屬間化合物在低溫下可形成一至幾個原子層的窄疇壁。