物質磁性的分類和特性描述

描述物體磁性強弱程度的一個重要物理量是磁化強度矢量M，即單位體積內各個磁疇磁矩的矢量和。磁化強度M與磁場強度H的關系表示為：

M =χH式中 χ 為物體的磁化率。

按照物質磁化率 χ 的大小和符號、物質磁性來源和磁結構特性，物質磁性可分為抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性五大類，下面分別簡述五大類磁性的基本特點。

① 抗磁性

物質由原子和分子組成。自由原子的磁矩有三個主要來源：一是電子的自旋，二是電子繞原子核旋轉的軌道角動量，三是電子在外加磁場中旋轉所感生的軌道磁矩變化。第三個來源是產生抗磁性的原因，前兩個來源不同程度上對順磁性、鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性有所貢獻。可以看出，所有物質都存在第三個來源，因此抗磁性在所有物質中都存在。由于抗磁性極其微弱，故在具有其他磁性的物質中抗磁性常常被掩蓋。

抗磁性亦稱為逆磁性。電子在外磁場中運動所感生的磁矩，其方向與外磁場相反。

② 順磁性

物質具有順磁性的必要條件是組成物質的原子、分子或離子具有固有磁矩。但這些原子（分子或離子）磁矩之間相互作用十分微弱，在熱運動的影響下，基本上處于無序排列狀態；溫度越高，排列越無序。物質磁化以后，原子（分子或離子）磁矩就有沿外磁場方向排列的趨勢，外磁場越大，排列越趨整齊。由此可見，順磁性物質的磁化強度M 與外磁場 H ，方向相同，不過僅顯示微弱的磁性。

③ 鐵磁性

鐵磁性物質原子或離子的電子之間存在交換作用，這種相互作用十分強大，與其等效的“磁場”稱為分子場。如此大的分子場足以克服熱運動的影響，使原子（離子）磁矩相互平行排列（交換積分 A > 0）。隨著溫度的升高，熱運動漸趨劇烈，磁矩平行排列趨勢逐漸變弱，

但僅是量變過程。當溫度高于居里溫度即CT >T時，熱運動能大于交換作用能，從而導致原子（離子）磁矩混亂排列，此時鐵磁性轉變為順磁性。

鐵磁性物質是一類重要的磁性材料，其中有一些也是優良的磁光材料。

④ 反鐵磁性

絕大多數反鐵磁性物質，如 MnO 和 NiO 等都是導電性很差的化合物，其陽離子通常為過渡族金屬離子，近鄰配位離子為陰離子。金屬離子之間距離較大，它們的電子殼層幾乎不存在交疊。因此，反鐵磁性物質的原子或離子磁矩之間存在間接交換作用，而不是如鐵磁性物質那樣的直接交換作用。這種相互作用十分強，但是反映間接交換作用大小的量——間接交換積分A <0間接，導致相鄰金屬離子磁矩之間相互反平行。相同晶格位置上的平行離子磁矩組成一個壓晶格，稱為磁亞晶格，反鐵磁性物質中一般存在兩個或兩個以上磁亞晶格。

反鐵磁性物質的相鄰磁亞晶格的磁矩之間相互反平行，因此對外并不顯示磁性。在外磁場作用下，也只能出現微弱的磁性。由反鐵磁性轉變為順磁性的磁相變點NT 稱為奈爾溫度。在

NT 處，χ最大。

⑤ 亞鐵磁性

與反鐵磁性物質一樣，亞鐵磁性物質中具有兩個或兩個以上磁亞晶格。所不同的是，相鄰磁亞晶格的原子（離子）磁矩方向相反，但大小不等，從而存在未抵消的磁矩，因此亞鐵磁性物質中存在相當強的磁性；有許多特性，如技術磁化過程的不少特征與鐵磁性物質十分相似。 亞鐵磁性物質的磁化率 χ > 0，且很大。除鋇鐵氧體等永磁材料外，亞鐵磁性材料大多在高頻區域應用，對于χ特性的要求不同于低頻區域，有時對χ大小的要求顯得并不重要。亞鐵磁性物質的磁相變點稱為奈爾點。

⑥ 超順磁性

隨著納米材料的誕生和發展，一種新型的磁性物質出現了，稱為“超順磁性材料”。如果磁性材料是一單疇顆粒的集合體，對于每一個顆粒而言，由于磁性原子或離子之間的交換作用很強，磁矩之間將平行取向，而且磁矩取向在由磁晶各向異性所決定的易磁化方向上，但是顆粒與顆粒之間由于易磁化方向不同，磁矩的取向也就不同。