第二章 基本原理與概念
2.3 磁性材料
磁性材料的磁性主要是來自每顆原子的磁矩排列與彼此間的交互作用，而原 子磁矩主要可分成三種，第一種為電子軌道磁矩(μorbit)，主要為原子中的電子 以原子核為運轉的中心，繞著電子軌道時所產生的磁矩，其值為ehn
4πme；第二種為 電子自旋磁矩(μspin)，電子繞著原子核公轉時，本身自轉時所產生的磁矩，其值 為 eh
4πme；而第三種則為原子核磁矩，其強度為電子磁矩的千分之一，故進行計算 時，原子核磁矩可以被忽略；在分析磁性材料的磁矩時，主要還是以電子軌道磁 矩與電子自旋磁矩進行探討。
2.3.1 磁性物質之種類
磁性物質在外加磁場(H)下被進行磁化，磁性物質的磁化量(M)與外加磁場存 在一關係式，即M = χH，其中被稱為磁化率，決定物質被磁化的難易程度；
磁性物質以磁化率來進行分類，則可分為五類，包含鐵磁性、亞鐵磁性、順磁性、
反磁性與反鐵性磁物質，如表 2-1 所示。
表 2-1 磁性物質之強、弱磁、磁化率以及外加磁場與原子磁矩排列方向示意 圖的統整表格。
(a)鐵磁性(ferromagnetism) 其中 C 為居禮係數(Curie coefficient)。
(b)亞鐵磁性(ferrimagnetism)
T，其中 C 為居禮係數(Curie coefficient)。
(d)反磁性(diamagnetism)
反磁性的磁性是由於外加磁場的電磁感應，將其置於外加磁場中，其磁矩方 向會與外加電場方向呈現反向，因此擁有負磁化率，不同於前述的三種磁性物質，
其磁化率幾乎不會隨著不同溫度而有所改變；自然界中的大部分物質皆具有反磁 性質，但若同時有其它磁性共存，都會抵消磁化率非常小的反磁現象。
(e)反鐵磁性(antiferromagnetism)
反鐵磁性物質的磁化率為一極小的正數，在某一溫度以上，其磁化率值隨 溫度增加而減少；在同一溫度以下，則出現磁化率隨溫度降低而減少的現象，此 特殊的臨界溫度被稱為尼爾溫度(Neel temperature；TN)，上述性質由磁化率、
反鐵磁性物質溫度與尼爾溫度來表示，關係式為χ = μ0T+TC
N；在尼爾溫度以下，隨 著溫度下降，反鐵磁性物質呈現與順磁性物質相反的趨勢；而亞鐵磁性的磁矩方 向與外加磁場方向相反者為少數，但反鐵磁性為同、反向磁矩總和基乎相等。
2.3.2 鐵磁性材料
常見的鐵磁性材料為鐵、鈷與鎳，此三種鐵磁性材料在元素週期表上被歸類 成 3d 的過渡金屬，主要的磁性來自 3d 電子的能帶分裂，導致兩種自旋的電子 數不同，鐵、鈷與鎳三種鐵磁性材料的性質如表 2-2 所示；圖 2-7 為三種鐵磁性 材料的磁易軸與磁難軸方向示意圖。
表 2-2 鐵磁性材料鐵、鈷與鎳的鐵磁性質、居禮溫度、壓力、溫度與結構關 係、磁易軸方向與磁難軸方向之統整表格。
圖 2-7 鐵磁性材料之磁易軸與磁難軸 方向示意圖。(a)為鐵(bcc)；(b)為鈷 (hcp)；(c)為鎳(fcc)。