磁與磁場

磁疇(magnetic domain)

磁疇是鐵磁性材料(例如鐵)內部的一個小區域,在其中所有的原子小磁鐵都指向同一方向。可以想像一個由許多省份組成的國家:每個省份內部人人朝同一方向,但不同省份朝向不同。這些省份就是磁疇,它們是理解「為什麼鐵可以是一塊普通金屬、也可以是一塊強磁鐵」的關鍵。它回答的問題是:既然每個鐵原子都是一枚小磁鐵,為什麼不是每一塊鐵都已經有磁性?

在鐵磁體內部,交換作用迫使相鄰的原子磁矩對齊,但只在局部範圍內,因此材料分裂成許多磁疇,每個磁疇內部均勻磁化,卻各自指向自己的方向。在未磁化的樣品中,這些磁疇隨機朝向,於是它們的磁場相互抵消,整個物體對外不顯磁性。當你施加外加磁場時,會發生兩件事:本來就朝向接近磁場方向的磁疇會犧牲鄰居而擴大(它們的邊界,稱為疇壁,會移動),而磁疇也逐漸轉向對齊。隨著材料越來越多部分指向同一方向,物體便被磁化。

磁疇解釋了鐵磁體的整個故事。它們解釋了為什麼鐵通常沒有磁性卻能被磁化;為什麼一旦每個磁疇都對齊後會有一個上限,也就是飽和;為什麼加熱或敲打會使磁疇重新雜亂而使磁鐵去磁;以及為什麼磁化與去磁並非完全可逆,這種落後稱為磁滯(hysteresis),是磁性記錄與變壓器設計的核心。

把一塊強磁鐵摔到地上,它的磁力會稍微減弱:撞擊把一些磁疇撞離了對齊方向。反覆敲打或加熱一塊鐵磁鐵,會把磁疇完全打亂而使它去磁。

磁疇對齊就成磁鐵;磁疇雜亂就是普通的鐵。

磁疇只存在於原子間耦合很強的材料中,也就是鐵磁體(及其同類)。順磁與抗磁材料沒有磁疇,這就是為什麼它們無法被永久磁化。

又称
Weiss domain磁區磁性區域