固體中的磁性

鐵磁性

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這就是你從小熟悉的那種磁性:冰箱貼、指南針、玩具箱裡的馬蹄形磁鐵。不像大多數物質那種膽怯的響應,鐵磁體拉得很用力,而且——這才是神奇之處——即使你把原來的磁鐵拿走,它仍然保有磁性。它會記住。

秘密在於,鐵、鈷、鎳裡的原子磁矩並不等外加磁場才去對齊。一種鄰居之間的量子推力,即交換相互作用,讓每個原子都想和身旁的原子指向同一方向。在某個溫度以下,這種一致會蔓延整塊晶體,海量的磁矩自發地鎖定到同一個方向——是自發對齊,不需要任何外場。

鐵磁性之所以重要,是因為這種能自我維持的有序,使實用磁鐵、電動機、變壓器和硬碟儲存成為可能。一個老實的微妙之處:一塊新鐵通常對外完全不顯磁性,因為它會分裂成許多叫做磁疇的區域,各自指向不同、互相抵消。你給它磁化,靠的是哄這些磁疇達成一致——這也是為什麼用一塊磁鐵去蹭一根「無磁」的釘子,它會忽然變成磁鐵。

用一根條形磁鐵朝同一方向把一根鋼針蹭幾十下,再讓它擱在一塊軟木上漂在水裡。它會擺向北方——你已經讓鋼針裡的磁疇達成了一致,做成了一個能用的指南針。

順向摩擦讓鋼針的磁疇對齊,使它帶上永久磁性。

鐵是著名的鐵磁體,可大多數含鐵化合物——比如鐵鏽——其實根本不是鐵磁的。起決定作用的不是單純的元素,而是原子如何排列、間距多少,這決定了交換相互作用是推鄰居趨同還是相反。

又稱
铁磁性