磁介质

磁介质是铁磁质、顺磁质和抗磁质的总称，即在外磁场中因呈现磁化而能加强或减弱的物质。磁化方向与外磁场相反而使磁化减弱的物质，称为抗磁质。

磁化方向与外磁场相同而使磁化加强的物质，可分为顺磁质与铁磁质两种。

磁介质的分类

从磁介质的原子构成，它们间的相互作用以及它们在磁场下的反应，来讨论六种磁介质的性质：

抗磁性是所有材料都具有的。虽然它很弱。抗磁物质由无净磁矩的原子（即原子所有轨道层都充满电子；没有不成对的电子）它只有原子的电子绕轨道运动产生的磁矩。

在磁场作用下，电子受到罗仑兹力作用，使电子绕轨道运动的面积减少；等效于产生与磁场方向相反的磁矩。故称为抗磁性。

材料在磁场作用下所产生的磁化强度 M=xH；这里x 称为磁化率； H 是外加磁场。因此，抗磁物质的磁化率 x 是负的。x与温度无关。

这类物质的原子轨道只有部分填充电子，故原子有净磁矩。铁原子是没充满的典型原子。如这些原子间又没有相互作用，无外场时，整体的磁化强度为零（因每个原子磁矩混乱取向）。外加磁场时，原子磁矩部分取向；顺磁体的磁化强度随磁场增大而增大。故磁化率是正的。

数学表达式为： M=xH； x>0，但x随温度升高而下降。这是温度使每个原子磁矩倾向于混乱的原故。x(T)随温度的变化，称居里定律。

顺磁物质磁化率的单位和抗磁的相同。粘土：x=13；富铁粘土：x=65；黑云母：x=79 等是顺磁性的物质。

铁磁性的原子都有剩磁矩，而且它们间相互交换作用十分强（来自电子间的交换力），引起原子磁矩平行取向。交换是由于二个电子自旋的相对取向所造成的交换力，是量子力学效应。这种力很强；它相当于1000 Tesla磁场的量级。或近似100 万倍地磁场的大小。

铁磁在无外磁场都有一净磁化强度。Fe，Ni，Co 及其合金是铁磁性的典型物质。

它有三个特性：

（1）自发磁化强度（由自旋磁矩的大小决定）；

（2）有一磁有序温度（居里温度）；在此温度之上，变成磁无序（顺磁性）

（3）磁场去后，铁磁物质还保留剩余磁化强度（有磁滞）。

顺磁与铁磁的主要性能比较：顺磁磁化达饱和所需外场为10Tesla，铁磁只需1Tesla。

铁的氧化物由于晶体结构形成较复杂的磁有序，称为亚铁磁性。这种磁有序结构由二种称A和B的磁次晶格组成，它们由氧阴离子隔开，但通过氧离子进行间接（超）交换作用。使二种次晶格的自旋反平行取向。

由于亚铁磁的二种次晶格的磁矩不相等，使整体物质有一净磁矩。此净磁矩在外场下的行为和铁磁性的相似。它也具有自发磁化强度，居里温度，剩磁(磁滞）等。但铁磁和反铁磁却有十分不同的磁有序结构。Fe3O4是典型的亚铁磁磁介质。

反铁磁介质内，二种磁次晶格原子的磁矩的交换作用是负的，使得每个原子的磁矩方向都与其近邻的每个原子的磁矩方向反平行，如果磁介质内二种次磁晶格的磁矩完全相等，则整体的净磁矩为零。这种类型的磁有序，称为反铁磁性。

它从零度至涅尔温度之间的磁化率与顺磁性的相近；在涅尔温度时最大。

反铁磁磁介质一般为过渡金属化合物，特别是氧化物。

比较多的括，赤铁矿，铬，铁锰合金和镍的氧化物(NiO)等。

把铁磁或亚铁介质粉碎成纳米尺寸的颗粒，其在磁场下的行为称超顺磁性。因为这些纳米磁性颗粒都各自有磁矩，但在温度的热运动下，它们是混乱取向的，在外磁场作用下，会形成一定的磁化强度。其行为类似顺磁性，但其磁化率则与铁磁或亚铁磁性的介质相近。

综合上面六类磁介质的性质看；六类中，只有抗磁性一种介质的原子没有剩余磁矩。其余五种磁介质的原子都有剩余磁矩。但顺磁介质内的原子没有磁有序。其余的铁磁，亚铁磁，反铁磁和超顺磁介质的原子都有磁有序结构。