对于铁磁性的理解,始于上个世纪初,法国科学家外斯提出了铁磁性假说。他认为铁磁物质内部存在强大的“分子场”,原子磁矩在分子场的作用下,趋向于同向平行排列,即自发磁化到饱和状态,形成磁畴。这些磁畴虽然各自磁化方向不同,但整体上相互抵消,导致大块铁磁体在外部并不显示出磁性。
外斯的假说经实验证实后,成为了现代铁磁性理论的基础。自发磁化理论解释了铁磁性的本质,即磁化过程是物质内部磁性的自然显现,而非外在磁场的影响。铁磁性材料的磁性来源于原子中的电子自旋磁矩,如铁、钴和镍等元素,其3d电子壳层的未填满状态是必要条件。然而,这并非充分条件,还需要考虑原子间键合对铁磁性形成的影响。
键合理论指出,原子间的电子交换能Eex(与交换积分A相关)在形成铁磁性中起关键作用。当A为正时,原子磁矩会同向排列,实现自发磁化。例如,铁、钴、镍等元素的原子核间距与电子壳层半径的比例大于3,满足了铁磁性产生的条件。而像铬、锰等元素,尽管本征磁矩不为零,但因比例不满足,不是铁磁性金属,但通过合金化改变结构,可以实现铁磁性。
综上,产生铁磁性的关键条件包括:原子内部存在未填满的电子壳层,以及原子核间距与电子壳层半径的比例大于3,使得交换积分为正。这些条件共同决定了铁磁性材料的磁性特性,如温度对其影响、磁晶各向异性及磁致伸缩现象等。
铁磁性,是指物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列,当所施加的磁场强度增大时,这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象。