（原子结构示意图，图片引用于网络！）
 

       罗同学在《水煮物理-物理是谁他妈生的？》开篇就提出了疑问:“人是人他妈生的，妖是妖他妈生的。”凡物都有个妈，无论是鸡生出了蛋，还是蛋孵出了鸡，凡事总得有个起源吧。那么，磁又是从哪里来的呢？

物质的磁性来自构成物质的原子，原子的磁性又主要来自原子中的电子。那么电子的磁性又是从哪来的呢？科学研究已经知道，原子中电子的磁性有两个来源。一个来源是电子本身具有自旋，因而能产生自旋磁矩；另一个来源是，原子中电子绕原子核作轨道运动时也能产生轨道磁性。

另外，如果一个原子的核外电子数量多，那么电子会分层，每一层有不同数量的电子。第一层为1s，第二层有两个亚层2s和2p，第三层有三个亚层3s、3p和3d，依此类推。在原子中，核外电子带有负电荷，是一种带电粒子。电子的自旋会使电子本身具有磁性，成为一个小小的磁铁，具有N极和S极。也就是说，电子就好象很多小小的磁铁绕原子核在旋转。这种情况实际上类似于电流产生磁场的情况。

                   

               （向上与向下自旋的电子数相等）

为什么只有少数物质（象铁、钴、镍等）才具有磁性呢？原来，电子的自旋方向总共有上下两种。在一些物质中，具有向上自旋和向下自旋的电子数目一样多，它们产生的磁极会互相抵消，整个原子，以至于整个物体对外没有磁性。

                   

              （向上与向下自旋的电子数不相等）

只有少数物质（例如铁、钴、镍），它们的原子内部电子在不同自旋方向上的数量不一样，这样，在自旋相反的电子磁极互相抵消以后，还剩余一部分电子的磁矩没有被抵消，如图所示。这样整个原子具有总的磁矩。同时，由于一种被称为“交换作用”的机理，这些原子磁矩之间被整齐地排列起来，整个物体也就有了磁性。当剩余的电子数量不同时，物体显示的磁性强弱也不同。例如，铁的原子中没有被抵消的电子磁极数最多，原子的总剩余磁性最强。而镍原子中自旋没有被抵消的电子数量最少，所有它的磁性比较弱。

    一块铁被一个永磁体吸一段时间以后，就被永磁体附近的较强的磁场所“磁化”。“退磁”是指在加磁场（磁化场）使磁性材料磁化以后，再加同磁化场方向相反的磁场使其磁性降低的磁场。容易磁化、也容易去磁的材料通称为软磁材料，成分近于纯铁的低碳钢就是一个例子；难于磁化、也不易去磁的材料通称为硬磁或永磁体材料，淬火了的、含碳和锰各约1%的铁就是最低级的硬磁材料。   

    万物皆有磁性，按照物质磁性分类的原则 （ A.是否有固有原子磁矩？B.是否有相互作用？ C.是什么相互作用？），可以分为以下几类：

   1.    抗磁性：没有固有原子磁矩

   2.    顺磁性：有固有磁矩，没有相互作用

   3.    铁磁性：有固有磁矩，直接交换相互作用

   4.    反铁磁性：有磁矩，直接交换相互作用

   5.    亚铁磁性：有磁矩，间接交换相互作用

   6.    自旋玻璃和混磁性：有磁矩，RKKY相互作用

   7.    超顺磁性：磁性颗粒的磁晶各向异性与热激发的竞争

 

    抗磁性物质的原子、离子或分子中的电子在基态都是成对的配合了的，它们的自旋磁矩和轨道磁矩各互相抵消。许多金属具有抗磁性，而且一般其抗磁磁化率不随温度变化。超导电性材料在外磁场中被冷至其临界温度以下时，体内即产生电流，把体内磁通量全部排至体外，这就是迈斯纳效应。所以超导体也被称为完全的抗磁体。

顺磁性物质的原子或离子具有一定的磁矩，这些原子磁矩来源于未满的电子壳层(例如过渡族元素的3d壳层)。在顺磁性物质中，磁性原子或离子分开的很远，以致它们之间没有明显的相互作用，因而在没有外磁场时，由于热运动的作用，原子磁矩是无规混乱取向。当有外磁场作用时，原子磁矩有沿磁场方向取向的趋势，从而呈现出正的磁化率，其数量级为10^-5~10^-2。

铁磁性物质的最明显的特点是易于磁化，它的磁化率比强顺磁物质要高几个数量级，并随磁场强度而变。磁化强度有饱和现象，即在一定温度下达到某强度时有不再随磁场的增强而增加的趋势。温度对铁磁性的影响很大。铁的强磁性随温度上升而减弱，在某一个温度时消失。这个转变温度后来被称为居里温度或居里点。纯铁的居里点为1043 K。

   反铁磁中，近邻自旋反平行排列，它们的磁矩因而相互抵消。因此反铁磁体不产生自发磁化磁矩，显现微弱的磁性。反铁磁的相对磁化率c的数值为10^-5到10^-2。与顺磁体不同的是自旋结构的有序化。当施加外磁场时，由于自旋间反平行耦合的作用，正负自旋转向磁场方向的转矩很小，因而磁化率比顺磁磁化率小。随着温度升高，有序的自旋结构逐渐被破坏，磁化率增加，这与正常顺磁体的情况相反。然而在某个临界温度以上，自旋有序结构完全消失，反铁磁体变成通常的顺磁体。因而磁化率在临界温度(奈耳温度) 处显示出一个尖锐的极大值。

        亚铁磁中，A和B次晶格由不同的磁性原子占据，而且有时由不同数目的原子占据，A和B位中的磁性原子成反平行耦合，反铁磁的自旋排列导致一个自旋未能完全抵消的自发磁化强度，这样的磁性称为亚铁磁性。1948年奈耳根据反铁磁性分子场理论，提出亚铁磁性分子场理论，用来分析尖晶石铁氧体（Fe₃O₄）的自发磁化强度及其与温度的关系。

 

                  （图片引用于网络，无商业目的！）

    自旋玻璃态出现在磁稀释的合金中，在那里磁性原子的自旋被振荡的RKKY交换相互作用无规地冻结。从实验上，覌察到在弱磁场下，磁化率的温度依赖性曲线上出现一个尖锐的最大值。而且在磁场冷却情况下，磁化率的尖锐极大值不再出现。在冻结温度T_f以下，零场时自旋被无规冻结，加场时自旋在磁场方向被冻结。混磁性是在非磁性基体中，惨杂磁性原子的浓度大于自旋玻璃的浓度，各种交换相互作用混合的自旋系统。其典型的特征是，当材料在没有磁场作用下冷却时，磁化强度在低温急剧的下降；如果在磁场下冷却，磁化强度在低温处的下降消失。其原因是由反铁磁相互作用引起的磁化强度团簇的反转。

    铁磁性颗粒比单畴临界尺寸更小时，热运动对粒子影响很大，在一定温度下，粒子的行为类似于顺磁性，如果不加外磁场，它们将很快的失去剩磁状态，这个現象称为超顺磁性。普通的顺磁体是具有固有原子磁矩m₀的原子集团；超顺磁体是具有均匀磁化的单畴粒子集团，每一粒子包含较大原子的数目( 约10⁵个原子),具有大得多的磁矩。这样的超顺磁粒子本身具有磁各向异性能。超顺磁性的弛豫特性，在无磁场时，粒子的磁化矢量如要转到相反方向，热运动能必须超过磁晶各向异性能的峰值。超顺磁性粒子的磁化曲线必须无磁滞現象。

      磁就是这么来的，顺便还分析了一下各种磁性的特点，这一小节就这样吧！（越写越发现不好写，写得浅了像科普简介，写得深了俺能力不够。这铁磁学外传就像孙悟空头上的紧箍咒，看得挺神气，戴起来很痛苦。）好了，不发牢骚了，请继续关注铁磁学外传—（5）俺们磁电哥俩好！

 

参考文献：

[1] 《铁磁学》

[2] 中国科普博览http://www.kepu.net.cn/gb/basic/magnetism/index.html

                                                                      （图片引用于书籍，无商业目的！）

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