磁畴(卷名：物理学)
magnetic domain
在居里温度以下，在大块铁磁性或亚铁磁性（见铁氧体）单晶体（或多晶体中的晶粒）中，形成很多小区域，每个区域内的原子磁矩沿特定的方向排列，呈现均匀的自发磁化。但是在不同的区域内，磁矩的方向不同，使得晶体总的磁化强度为零。这种自发磁化的小区域称为磁畴。图1是用粉纹法在Si-Fe单晶的(001)面上观察到的磁畴结构。
起因 磁畴的成因，是为了降低由于自发磁化所产生的静磁能。图2a示意地表示整个铁磁体均匀磁化而不分畴的情形。在这种情况下，正负磁荷分别集中在两端，所产生的磁场(称为退磁场)分布在整个铁磁体附近的空间内，因而有较高的静磁能。图2b表示分割成苦干个磁化相反的小区域。这时，退磁场主要局限在铁磁体两端附近，从而使静磁能降低。计算表明，如果分为N个区域，能量约可以降至 1/N(如图2c所示)。
畴壁 单纯从静磁能看，自发磁化趋向于分割成为磁化方向不同的磁畴，分割愈细，静磁能愈低。但是，形成磁畴也是要付出代价的。相邻磁畴之间，破坏了两边磁矩的平行排列，使交换能(见交换作用)增加。为减少交换能的增加，相邻磁畴之间的原子磁矩，不是骤然转向的，而是经过一个磁矩方向逐渐变化的过渡区域。这种过渡的区域叫做畴壁，如图3所示。在畴壁内，原子磁矩不是平行排列的，同时也偏离了易磁化方向（见磁各向异性），所以在过渡区域内增加了交换能和各向异性能，这就是建立畴壁所需的畴壁能。磁畴分割得愈细，所需畴壁数目愈多，总的畴壁能愈高。由于这个缘故，磁畴的分割并不会无限地进行下去，而是进行到再分割所增加的畴壁能超过静磁能的减少时为止。此时体系的总自由能最低。一般地说，大块铁磁物体分成磁畴的原因是短程强交换作用和长程静磁相互作用共同作用的结果。根据相邻磁畴磁化方向的不同，可把畴壁区分为180°壁（如图2b）和90°壁(如图2c)。畴壁具有一定的厚度δo，如铁晶体的畴壁约含1000个原子层。畴壁厚度取决于交换能和各向异性能的比值，某些稀土金属间化合物在低温下可形成一至几个原子层的窄畴壁。磁畴宽度一般介于109～10-2厘米。
计算方法 究竟形成怎样的磁畴结构，即磁畴的大小、形状、分布及各磁畴中的磁矩方向，取决于铁磁体的内禀磁性［如交换作用、饱和磁化强度、磁晶各向异性(见磁各向异性)、磁致伸缩］和晶体的不完整性（如杂质、缺陷、内应力等），同时也与样品的形状、大小以及外加应力或磁场等因素有关。在热力学平衡时，铁磁体中自发磁化的分布应使其总自由能达到极小值，因此，原则上铁磁体中自发磁化的分布（即磁畴结构）应满足下列方程式：
式中Fi为交换能FA、磁晶各向异性能Fk、磁弹性能Fσ、退磁场能 FM以及外磁场中的势能FH。但是严格解决上述变分问题，在物理上和数学上都遇到很大困难。一般是采取半经验方法，先根据实验或几种能量的定性分析，提出合理的模型，然后再根据上式原理计算，得出定量的结果。虽然这种方法不够严格，但若干理论所预言的磁畴结构已在实验上得到证实。不仅在铁磁体、亚铁磁体内存在磁畴，而且在反铁磁体内也观察到了磁畴结构。磁性材料的技术磁化过程就是在外磁场作用下磁畴的运动变化过程，所以磁畴结构直接影响物体的磁化行为。此外，某些特殊结构的磁畴（如磁泡）具有特殊的应用价值。最后需要指出，当铁磁体的尺寸很小时（如微粒或薄膜），即使在外磁场为零时，铁磁体也不分割成磁畴，而沿某一方向自发磁化，即单畴体。也就是说，根据材料的磁性，存在一个临界尺寸，当物体体积小于临界尺寸时，就不再形成磁畴结构。