磁性簡介

原子的磁矩主要有三個來源，一是電子本身固有的自旋，二是電子繞核旋轉 的軌道角動量，三是外加磁場感應的軌道磁矩改變，前兩個效應對磁化產生順磁 性貢獻，而第三個產生逆磁性的貢獻，自旋磁矩與軌道磁矩均與軌道未填滿電子 有關，對於軌道填滿電子的原子而言，自旋磁矩與軌道磁矩都等於零。我們通常 會以單位體積磁化率去描述它，磁化率定義為 χ=M/H，其中 B 為磁場強度 (magnetic field intensity)，M 為單位體積所具有的磁矩。

順磁性(paramagnetism)指的是磁化率 χ 為正的特性，順磁性的材料在未受外 加磁場下，材料內部的磁矩分佈散亂，總磁矩為零，所以整體是無法顯示出巨觀 的磁性。但是外加磁場於材料，內部的每個磁矩會因受外加磁場的作用，而使所 有的磁矩朝著磁場方向轉動排列。順磁性材料的磁化係數χ 約在 10^-3~10^-6之間，

巨觀效應相當微弱。[21]

圖 2-13 磁滯曲線示意圖(1)外加磁場慢慢增加時，M-H 曲線之路徑為 0⟶1⟶2。(2)當 磁化向量達到一飽和量，不會隨著外加磁場增加而增加，M-H 曲線之路徑為 2⟶3。(3) 外加磁場慢慢減小時，M-H 曲線之路徑為 3⟶ 2⟶ M^r ⟶H^c⟶4，其中 M^r為殘磁，H^c為矯 頑磁力。[23]

逆磁性(diamagnetism)的磁化率 χ 為負值，大小在 10^-5左右，由於材料內部 原子在兩個相反方向上的磁矩互相抵銷，因此單個原子之淨磁矩為零。當外加磁 場施於材料時，材料會產生反向的弱磁矩，其磁性大小比鐵磁性與順磁性材料要 小上許多，且當外加磁場移除時，材料的反向磁場也會消失。 [21]

鐵磁性(ferromagnetim) 物質受外加磁場時，內部各磁區朝同一個方向排列，

鐵磁性物質與鄰近原子的磁矩彼此間會有交互作用，此交互作用使周圍磁矩會指 向同一方向，此量子效應可以用磁域(magnetic domain）的概念。即使沒有外加 磁場，鐵磁性物質仍擁有來自自旋電子，排列整齊的磁矩。[21]同一個磁域內的 磁矩，因磁偶極矩間強烈耦合作用，使得各磁矩互相平行排列指向同方向，具有 一飽合磁化值。若將外加磁場大小與物質的磁化向量作圖，得到磁滯曲線

（hysteresis loop），如圖 2-13，此為鐵磁性物質的重要特徵。[22]

由於熱能會導致鐵磁性物質的磁偶極矩偏離平行排列方式。當溫度漸漸升高 時，溫度增加使熱能大於鐵磁性物質的磁偶極矩平行排列的交換能時，磁矩受到 熱能的擾亂，使得排列秩序開始變得凌亂，這時鐵磁性消失而轉變成順磁性。這 個磁性性質發生變化時的溫度即稱為居里溫度 TC 。當鐵磁性材料從高溫降溫至 低於居里溫度時，鐵磁性磁域再度形成。