磁现象与磁记录技术

6.1.1　磁现象与磁记录技术

人类早就发现了磁石吸铁现象，其历史大约可追溯到我国的战国时期。北宋时，我国古代科学家沈括根据磁性原理发明了指南针，是为中国四大发明之一。在印刷技术不断推陈出新的今天，具有铁磁特性的材料找到了用武之地，产生了磁成像这一独特的信息记录和转移技术，并研制出了相应的设备。

现代社会广泛使用磁记录技术，录音带记录声音信号、录像带记录视频信号和磁盘记录数字文档等，都是使用磁记录技术的例子。磁记录技术的应用与磁性材料有关，而存在于自然界的天然磁性材料就是磁石，一种学名为四氧化三铁的矿石。现在，人类已很少使用天然磁性材料了，各种基于磁性的记录技术使用的磁铁大多用人工方法制成，例如铁、镍和钴等金属可以制成称为永久磁铁的合金材料。目前使用的另一种重要的磁性材料称为铁淦氧磁体，由氧化铁与二价金属化合物通过烧结工艺制成。

天然磁铁能吸引铁、镍、钴等物质，这种现象称为磁性，能够为磁铁吸引的物质称为铁磁物质或磁性材料。铁磁物质在自然状态下并不显示磁性，但当接触或靠近磁铁时因受到磁铁的影响而呈现出磁性，从而被磁铁所吸引;当铁磁物质离开磁铁一定距离后，它们的磁性多半不能保留。这种基本原理后来用到了磁记录和磁成像技术中。

同样的磁铁或载流导线放在真空中或放在各种不同的物质中，磁铁之间或载流导线之间的作用力在通常情况下是不相等的，这说明不同的物质对磁力有不同的影响。据此，安培在1822年提出了有关物质磁性本质的假设:一切磁现象的根源是电流，因为磁性物质的分子中存在着回路电流，安培将其称为分子电流，而分子电流相当于分子中电子绕原子核的转动和电子本身的自旋运动。因此，物质磁性的强弱取决于该物质的分子电流。

处于电场中的电介质(Dielectric)由于极化而影响电场。电介质是一种非导体，通常指电导率低于百万分之一(10^－6)的物质。与此类似的情况是，处于磁场中的磁介质也能影响磁场。磁介质置于磁场中时因受到磁场的作用而处于一种特殊的状态，物理学中称为磁化状态。从广义的角度看，所有物质均可能被磁化，只是程度不同而已。

图6－1　磁滞回线

磁记录技术基于如图6－1所示的磁滞回线，这种曲线描述铁磁体的磁化特性，当反向磁场作用于铁磁体时，磁化曲线不再循原路返回而呈现更平缓的趋势。反向磁场作用下的磁滞回线与垂直轴的交点M _R称为残余磁化强度，俗称剩磁。为了消除剩磁，需要对铁磁体加更大的反向磁场，剩磁消除的点－H _C说明了应该施加的反向磁场的大小，H _C称为矫顽磁场强度，又称为矫顽力，意谓矫正剩磁所需的磁力。若进一步增加反向磁场，则磁化曲线开始反向，并到达反向饱和点，相应的磁化强度称为反向饱和磁化强度，标记为－M _S。如果再次对铁磁体加一正向外磁场，则磁化曲线将取如图6－1所示的右下角曲线，磁场加大到H _C时磁化强度为零;继续增加磁场强度，磁化强度又到达饱和状态，如此组成磁滞回线。

残余磁化强度和矫顽磁场强度反映铁磁材料的磁化特性，其中残余磁化强度表示铁磁体在外磁场撤销后能保留磁性的程度，铁磁体的残余磁化强度越大，则该材料保留磁性的能力也越强;矫顽磁场强度反映材料保存剩磁状态的能力，矫顽磁场强度越大时，说明材料保存剩磁的能力越强。所有磁记录技术均利用铁磁材料在外磁场撤销后仍然能保留磁性的重要特征，也是铁磁材料记忆能力的保证。