磁有序

宏觀物體的磁性來源，從根本上説歸因於兩個因素：其一，物體中某些離子具有磁矩（含固有磁矩和感生磁矩）；其二，微觀磁矩之間的相互作用，特別是交換相互作用。體系內各種相互作用的總哈密頓量，依賴於離子的狀態、相互間距及幾何排列；反過來，哈密頓量特別是與磁性相關的哈密頓量，影響磁矩排列形式。物質內磁矩的空間取向具有長程有序規律的現象稱為磁有序，它主要依賴於原子磁矩間的相互作用以及自旋一軌道耦合和晶體場效應等因素。利用中子衍射技術，把原子磁矩空間取向的週期性顯示出來，這與X光衍射技術確定晶格結構一樣，所以，磁有序形式通常稱為磁有序結構。已經發現的磁有序結構分述如下。 ^[1] 

圖1（a）為鐵磁有序結構。其特點是整個自旋平行排列，具有很強的自發磁化強度。鐵族元素中鐵、鈷、鎳，稀土族元素中釓、鋱、鏑及其合金都屬此類。

圖1（b）為反鐵磁有序結構。其特點是兩組相鄰自旋反平行排列，方向雖然相反，但數量相等，淨自發磁化強度等於零。

圖1（c）的自旋排列方式是兩組相鄰自旋取向相反但不等量，其自發磁化強度等於兩組反向自旋的差，宏觀磁性與鐵磁性類似，但數值上比鐵磁性的小，稱為亞鐵磁有序結構。鐵氧體是亞鐵磁有序結構的典型材料。

圖1（d）表示出螺旋磁性有序結構。其特點是在一個原子面內，自旋為鐵磁性取向，當原子面改變時，自旋方向跟着改變。從實驗上證實每個原子面的旋轉角為20°～10°範圍。重稀土金屬中如鋱、鏑、鈥、鉺和銩等，當處於鐵磁居里温度

以下及奈耳温度

以上温區時，均具有螺旋磁性有序結構.

圖1（e）表示出自旋取向構成正弦波模的磁有序結構。其特點是白旋密度本身以正弦波調製形成。在鉻金屬及其合金中能夠看到這種磁有序結構。

在非晶態磁體中，原子排列雖然沒有平移對稱性，但是，原子分佈可以是短程有序。任一原子的最近鄰原子數和原子間距的統計平均值同晶態合金的很近似。圖1（f）～（h）表示出了這類磁有序結構。在錐形磁有序結構中又可以分成三種形式：①散反鐵磁性有序結構（speromagnetism）；②散亞鐵磁性有序結構（sperimagnetism）；⑧散鐵磁性有序結構（asperomagnetism）。上述錐形磁有序結構形式分別表示於圖l（f）、（g）和（h）。圖1（f）形式的特點是各離子的局域磁矩，無規地“鎖定”在空間任意方向，總自發磁化強度等於零，稱為散反鐵磁性。圖1（g）形式的特點是磁性離子分佈在兩組或兩組以上的次網絡中，各原子磁矩的取向具有隨機性但不隨時間變化，而是處於自己的特定的方向上，其總自發磁化強度表現為亞鐵磁性特徵，自發磁化強度對温度的關係曲線上有抵消温度

。圖1（h）形式的特點是磁矩分佈在兩種或兩種以上的次網絡中，次網絡的淨磁矩是相互疊加的。有總的自發磁化強度，磁化強度對温度關係曲線上存在居里温度

，同鐵磁性的類似。非晶輕稀土一過渡金屬（LRE—TM）合金中，如Nd—Co，Sm—Co等都具有散鐵磁性有序結構。 ^[1] 

從熱力學平衡觀點看，磁有序結構形式是磁有序體系的熱力學基態，主要受磁有序起源因素和磁性離子的狀態、幾何排列所控制，在結晶和非晶固態磁體系中，各向異性對決定磁有序結構亦起着重要作用。

磁有序結構的確定方法，除了前面已提到的中子衍射技術以外，宏觀理論的方法是從晶體對稱性、時間反演對稱性出發，得到磁空間羣，寫出體系的熱力學勢，並使其和磁空間羣保持對稱，然後由熱力學勢決定可能的磁有序形式。若從微觀理論出發，則需要計算各項作用及對應的磁狀態，以獲得磁矩排列的可能形式。

最後，簡單地提一下中子衍射技術測定自旋結構的原理。中子是自旋為

、磁矩為（

是核磁子）的基本粒子，它一旦受到原子核及原子磁矩作用後，將會發生衍射現象。中子與原子磁矩間的磁相互作用，包括通過軌道電流發生作用和通過自旋發生作用兩個部分。在許多磁性物質內，軌道角動量凍結。因而，只需要考慮自旋與中子的相互作用。中子衍射原理，簡單地説，就是測量磁散射波的散射矢量和頻率，當單色中子射入樣品後，由於中子與原子核之間的相互作用，中子與原子中的電子磁矩之間的相互作用，前者產生核散射，後者產生磁散射並與磁矩方向有關，因而利用中子可以感受到原子磁矩方向的影響，確定被測樣品的磁矩方向，從而得到被測磁體的磁有序結構。 ^[1]