鐵磁性物質(zhì),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(shù)。鐵磁性物質(zhì)與順磁性物質(zhì)一樣,原子本身都具有「不成對(duì)電子」而造成原子的「凈磁矩」不為 0。不過(guò)鐵磁性物質(zhì)與順磁性物質(zhì)有一個(gè)非常不同的地方,就是鐵磁性物質(zhì)鄰近兩個(gè)原子之磁矩彼此間會(huì)有「交互作用」,此交互作用使得鄰近的磁矩會(huì)指向同一方向,這是一種「量子效應(yīng)」。鐵磁性物質(zhì)的磁性行為可以用「磁域,magnetic domain」的觀念來(lái)作概述。
每個(gè)磁域介于幾微米到 1 毫米間
縱使沒(méi)有外加磁場(chǎng),鐵磁性物質(zhì)仍擁有來(lái)自「自旋電子」并且排列整齊的磁矩。同一個(gè)磁域內(nèi)的磁矩,因磁域中原子磁偶極矩間的強(qiáng)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(gè)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(gè)磁域內(nèi)包含了數(shù)百萬(wàn)個(gè)小磁矩。在外加磁場(chǎng)時(shí),不同磁域磁矩之指向并不相同,如圖所示,整個(gè)鐵磁性物質(zhì)的總磁矩為 0。
由于熱能會(huì)導(dǎo)致鐵磁性物質(zhì)的磁偶極矩偏離完美的平行排列方式。當(dāng)溫度漸漸升高時(shí),若溫度增加至熱能大于鐵磁性物質(zhì)的磁偶極矩平行排列的交換能時(shí),因磁矩受到熱激發(fā)的擾亂,使得排列秩序開(kāi)始變得凌亂,這時(shí),鐵磁材料的鐵磁性消失而轉(zhuǎn)變成「順磁性」。這個(gè)磁性性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)的溫度即稱為「居里溫度,Curie point,TC」。當(dāng)鐵磁性材料從高溫降溫至低于「居里溫度」時(shí),鐵磁性磁域?qū)⒃傩纬?,材料變回鐵磁性。
一般常見(jiàn)的鐵磁性材料塊材,F(xiàn)e 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(diǎn)為 1,450℃,換言之,該合金熔化成液態(tài)時(shí)已經(jīng)超過(guò)「居里溫度」,所以不再具有磁性;其熔點(diǎn)為 1,594℃,同樣超過(guò)居禮溫度,所以也不再具備磁性了。