磁有序

原子磁矩空间取向的周期性显示

利用中子衍射技术，把原子磁矩空间取向的周期性显示出来，这与X光衍射技术确定晶格结构一样，所以，磁有序形式通常称为磁有序结构。

科技术语

宏观物体的磁性来源，从根本上说归因于两个因素：其一，物体中某些离子具有磁矩（含固有磁矩和感生磁矩）；其二，微观磁矩之间的相互作用，特别是交换相互作用。体系内各种相互作用的总哈密顿量，依赖于离子的状态、相互间距及几何排列；反过来，哈密顿量特别是与磁性相关的哈密顿量，影响磁矩排列形式。物质内磁矩的空间取向具有长程有序规律的现象称为磁有序，它主要依赖于原子磁矩间的相互作用以及自旋一轨道耦合和晶体场效应等因素。利用中子衍射技术，把原子磁矩空间取向的周期性显示出来，这与X光衍射技术确定晶格结构一样，所以，磁有序形式通常称为磁有序结构。已经发现的磁有序结构分述如下。

结构

铁磁有序结构

图1（a）为铁磁有序结构。其特点是整个自旋平行排列，具有很强的自发磁化强度。铁族元素中铁、钴、镍，稀土族元素中钆、铽、镝及其合金都属此类。

反铁磁有序结构

图1（b）为反铁磁有序结构。其特点是两组相邻自旋反平行排列，方向虽然相反，但数量相等，净自发磁化强度等于零。

亚铁磁有序结构

图1（c）的自旋排列方式是两组相邻自旋取向相反但不等量，其自发磁化强度等于两组反向自旋的差，宏观磁性与铁磁性类似，但数值上比铁磁性的小，称为亚铁磁有序结构。铁氧体是亚铁磁有序结构的典型材料。

螺旋磁性有序结构

图1（d）表示出螺旋磁性有序结构。其特点是在一个原子面内，自旋为铁磁性取向，当原子面改变时，自旋方向跟着改变。从实验上证实每个原子面的旋转角为20°～10°范围。重稀土金属中如铽、镝、钬、铒和铥等，当处于铁磁居里温度以下及奈耳温度以上温区时，均具有螺旋磁性有序结构.

正弦波模磁有序结构

图1（e）表示出自旋取向构成正弦波模的磁有序结构。其特点是白旋密度本身以正弦波调制形成。在铬金属及其合金中能够看到这种磁有序结构。

锥形磁有序结构

在非晶态磁体中，原子排列虽然没有平移对称性，但是，原子分布可以是短程有序。任一原子的最近邻原子数和原子间距的统计平均值同晶态合金的很近似。图1（f）～（h）表示出了这类磁有序结构。在锥形磁有序结构中又可以分成三种形式：①散反铁磁性有序结构（speromagnetism）；②散亚铁磁性有序结构（sperimagnetism）；⑧散铁磁性有序结构（asperomagnetism）。上述锥形磁有序结构形式分别表示于图l（f）、（g）和（h）。图1（f）形式的特点是各离子的局域磁矩，无规地“锁定”在空间任意方向，总自发磁化强度等于零，称为散反铁磁性。图1（g）形式的特点是磁性离子分布在两组或两组以上的次网络中，各原子磁矩的取向具有随机性但不随时间变化，而是处于自己的特定的方向上，其总自发磁化强度表现为亚铁磁性特征，自发磁化强度对温度的关系曲线上有抵消温度。图1（h）形式的特点是磁矩分布在两种或两种以上的次网络中，次网络的净磁矩是相互叠加的。有总的自发磁化强度，磁化强度对温度关系曲线上存在居里温度，同铁磁性的类似。非晶轻稀土一过渡金属（LRE—TM）合金中，如Nd—Co，Sm—Co等都具有散铁磁性有序结构。

总结

从热力学平衡观点看，磁有序结构形式是磁有序体系的热力学基态，主要受磁有序起源因素和磁性离子的状态、几何排列所控制，在结晶和非晶固态磁体系中，各向异性对决定磁有序结构亦起着重要作用。

磁有序结构的确定方法，除了前面已提到的中子衍射技术以外，宏观理论的方法是从晶体对称性、时间反演对称性出发，得到磁空间群，写出体系的热力学势，并使其和磁空间群保持对称，然后由热力学势决定可能的磁有序形式。若从微观理论出发，则需要计算各项作用及对应的磁状态，以获得磁矩排列的可能形式。

最后，简单地提一下中子衍射技术测定自旋结构的原理。中子是自旋为、磁矩为（是核磁子）的基本粒子，它一旦受到原子核及原子磁矩作用后，将会发生衍射现象。中子与原子磁矩间的磁相互作用，包括通过轨道电流发生作用和通过自旋发生作用两个部分。在许多磁性物质内，轨道角动量冻结。因而，只需要考虑自旋与中子的相互作用。中子衍射原理，简单地说，就是测量磁散射波的散射矢量和频率，当单色中子射入样品后，由于中子与原子核之间的相互作用，中子与原子中的电子磁矩之间的相互作用，前者产生核散射，后者产生磁散射并与磁矩方向有关，因而利用中子可以感受到原子磁矩方向的影响，确定被测样品的磁矩方向，从而得到被测磁体的磁有序结构。

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