磁学实验 实验要求： 1. 熟读讲义。 2. 理解并掌握有关磁学的相关概念及理论。 3. 熟练掌握实验操作步骤 1. 磁晶各向异性实验观察 实验目的： 1. 掌握有关磁晶各向异性的基本知识； 2. 使用偏光显微镜观察磁晶各向异性现象； 3. 画出磁畴消失场和样品方向之间的关系. 平面偏振光经铁磁物质透射,偏振面会旋转一个角度,这种现象称为法拉第(Faraday)效应。由于各个磁畴的磁化方向不同, 各磁畴透射光线后, 偏振面的旋转角也不同。因此通过检偏器后，在目镜观察到的光强就有所不同。因而各磁畴显出的明暗程度就有差别. 磁晶各向异性现象及其原因：研究铁磁体磁化强度曲线同其方向的关系后发现, 对于不同元素的晶体,当施加相同的磁场于不同的晶向时, 得到的磁化强度也不同。可见对于晶体, 有些方向容易磁化, 有些方向比较难于磁化, 这就是磁晶各向异性现象。 图1 样品膜面及晶向 图2样品平面内退磁态周期示意图 在晶态磁性物质中,原子排成有规则的几何图形,在这样的结构中,各方向的状况是不相同的。例如在某一方向排列得紧密,另一方向排列得稀疏。又例如在两种以上原子构成的晶体中,在某一方向排列成直线的是同一种原子,在另一方向排列成直线的是两种或两种以上的原子,这就是说在结构上各方向的状况有所不同。由于结构上的各向异性,晶体在其物理性质上（力学、磁学、电学等性质）也表现出各向异性。我们观察的是磁性各向异性。 <111>晶向、<110>晶向、<112>晶向的磁畴变化过程 2.磁静态参数的测量 实验目的： 1. 了解磁泡的基本知识。 2. 学会测量磁泡静态参数的方法。 3. 掌握偏光显微镜的使用方法。 磁畴是铁磁性物质中特有的一种微小区域，在这些微小区域中原子磁矩的排列是有序的。磁泡是一种柱状磁畴。磁泡技术是20世纪70年代发展起来的,它在存储技术中占有相当重要的地位。我们知道,计算机存储器分为半导体存储器、磁盘存储器和磁泡存储器。磁泡存储器具有信息的非易失性、非机械性、体积小、坚固耐用等优点。磁泡在军事、航天、通讯和工业自动化等领域应用很多。磁泡材料得一个突出特点是其磁畴可以在偏光显微镜下看得十分清楚。本实验通过对磁泡材料磁畴的观察了解磁畴的一些基本知识。在“磁晶各向异性的实验观察”中将介绍利用偏光显微镜观察磁畴的基本原理(法拉第效应。 图3 磁畴转变示意图 试 验 流 程 图 Hb=0 Hb Hb=饱和场 Hb=HB(加脉冲) Hb=HB Hb=Hsb Hb 铁磁质的特性: 1.铁磁质具有很大的磁导率，在外磁场的作用下将产生量值很大 的磁感应强度，其值与铁磁质的磁化历史有关。 2.铁磁质的磁导率不是恒量而是随所在处的磁场H 而变的。 3.在外磁场撤消后，铁磁质仍能保持原有的部分磁性。 4.铁磁质的磁化具有磁滞现象。 5.铁磁质具有一临界温度称为居里点，在这温度，它们的磁性要发生突变。当温度在居里点以上时，它们的磁导率（或磁化率）和磁场强度H 无关，这时铁磁质转化为顺磁质。各种材料的居里点不同。 磁畴(magnetic domain ) ：在铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的”交换耦合“作用,在无外磁场的情况下，它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域，称为磁畴。在未经磁化的铁磁质中，虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向，有很大的磁性，但大量磁畴的磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。如图所示。 当铁磁质处于外磁场中时，那些自发磁化方向和外磁场方向成小角度的磁畴其体积随着外加磁场的增大而扩大并使磁畴的磁化方向进一步转向外磁场方向。另一些自发磁化方向和外磁场方向成大 角度的磁畴其体积则逐渐缩小，这时铁磁质对外呈现宏观磁性。当外磁场增大时，上述效应相应增大，直到所有磁畴都沿外磁场排列 达到饱和。由于在每个磁畴中个单元磁矩已排列整齐，因此具有很强磁性。 磁介质(magnetic medium)：是指放在磁场中受磁场磁化(magnetization)后同时也反过来影响原来磁场的物质。 设真空中原来磁场的磁感应强度为B0， 放入磁介质后，磁介质因磁化而使磁介质的磁感应强度变为B， 令 =称μr为相对磁导率(permeability). 当 μr > 1 为顺磁质(paramagnetism)； μr < 1 为抗磁质(diamagnetism)； μr >> 1 为铁磁质(ferromagnetics)。 顺磁质和抗磁质对磁场的影响都极为微弱，它们的相对磁导率μr 和1相差甚微(数量级为±10-5 )使用时不方便，通常采用磁化率来代替μr 。 定义为： = μr -1 顺磁质 > 0 抗磁质 < 0 铁磁质的甚大，且不为常数. 1.什么是法拉第效应?我们是如何根据法拉第效应观察磁畴的? 平面偏振光经铁磁物质透射,偏振面会旋转一个角度,这种现象称为法拉第效应.由于各个磁畴的磁化方向不同, 各磁畴透射光线后偏振面的旋转角度不同,因此明暗程度就有差别,由此观察磁畴. 2.在该实验中,如何寻找<110>晶向? 加平面内场至磁畴全灭,再降至零后观察畴形,应为黑白泡各占50%左右. 3.成泡场和缩灭场下的畴形是怎样的? 视野中几乎所有的条畴都变泡,可剩3-5个段畴时,为成泡场;视野中第一个泡开始缩灭时的场为缩灭场. 4.讨论磁畴是否存在时需考虑的集中能量? 静磁能;磁静各向异性能;退磁能;畴壁能;交换能. 5.铁磁物质的三个特性是什么? 居里温度;磁滞现象;很容易磁化的饱和. 6.物质按磁性可以分为那几类? 铁磁性;反铁磁性;抗磁性;顺磁性;亚铁磁性. 7.什么是磁晶各向异性? 对于不同元素的晶体,当施加相同的磁场于不同的晶向时,得到的磁化强度也不同,称之为磁晶各向异性. 8.简述外斯理论. a.铁磁物质中包含很多小区域,这些区域中存在磁化强度,称之为磁畴. b.磁畴内的自发磁化,是由于晶体中有很强的内场而产生的. 1.什么是光电效应? 当一束入射光照射到金属表面,会有电子从金属表面逸出.称为光电效应. 2.光电效应有那些实验事实? 光电流与光强成正比; b.存在一个截至频率; c.光电子的动能只与入射光频率有关; d.光电效应时瞬时效应. 3.反向电流的来源是什么? 主要是在制作光电管的过程中,阳极上面镀上了阴极材料,进行光 照时由阳极发射的光电子形成的电流. 4.什么是抬头点?如何精确测量抬头点? 光电效应实验中,光电流发生明显变化的点为抬头点. 采集数据时,在电流变化时多记录几组数据,在I-V曲线上沿反向饱和电流方向做切线,切点即为抬头点.