沉頭孔磁鐵:鐵磁性物質,包括鐵、鈷、鎳及其化合物與合金等材料,主要特性是具有很大的“磁化率”,亦即 χ 值為一很大的正數。
鐵磁性物質與順磁性物質一樣,原子本身都具有“不成對電子”而造成原子的“凈磁矩”不為零。
不過鐵磁性物質與順磁性物質有一個非常不同的地方,就是鐵磁性物質鄰近兩個原子之磁矩彼此間會有“交互作用”,此交互作用使得鄰近的磁矩會指向同一方向,這是一種“量子效應”。
鐵磁性物質的磁性行為可以用“磁域”(magnetic domain)的觀念來作概述。
每個磁域介于幾微米到 1 毫米間,大約包含 個原子。縱使沒有外加磁場,鐵磁性物質仍擁有來自“自旋電子”并且排列整齊的磁矩。
同一個磁域內的磁矩,因磁域中原子磁偶極矩間的強烈“耦合作用”,使得各磁矩互相平行排列,且指向同一方向,亦即每一個磁域本身便有一飽和磁化值,稱為“自生磁化”。
這些磁域之間有磁壁(domain wall)相隔,每一個磁域內包含了數百萬個小磁矩。在外加磁場時,不同磁域磁矩之指向并不相同,如圖所示,整個鐵磁性物質的總磁矩為零。
由于熱能會導致鐵磁性物質的磁偶極矩偏離完美的平行排列方式。當溫度漸漸升高時,若溫度增加至熱能大于鐵磁性物質的磁偶極矩平行排列的交換能時,因磁矩受到熱激發的擾亂,使得排列秩序開始變得凌亂,這時鐵磁材料的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”(Curie point,TC)。
當鐵磁性材料從高溫降溫至低于居里溫度時,鐵磁性磁域將再形成,材料變回鐵磁性。
一般常見的鐵磁性材料塊材,Fe 的居里溫度約為 770℃,Co 的居里溫度約為 1,123℃,Ni 的居里溫度約為 358℃。以 29Ni/17Co/ Fe 合金的熔點為 1,450℃,換言之,該合金熔化成液態時已經超過居禮溫度,所以不再具有磁性;至于一般的磁鐵就是 ,其熔點為 1,594℃,同樣超過居禮溫度,所以也不再具備磁性了。