P.E. Weiss假说：外斯铁磁性探析

如上所述，铁磁性材料的磁化率远大于顺磁性物质，就使铁磁性材料具有十分有用的磁特性，如很高的导磁率、有剩磁、矫顽力等。为了说明铁磁性物质比顺磁性或抗磁性物质有强得多的磁性，1907年法国物理学家外斯（P.E.Weiss）在朗之万顺磁理论的基础上首先系统地提出了铁磁性假说（简称分子场理论），其主要内容为：①铁磁物质内部存在很强的“分子场”，它使原子磁矩同向平行排列，即自发磁化到饱和；②铁磁体的自发磁化分成若干磁畴（自发磁化到饱和的区域称为磁畴），由于磁体中各磁畴的磁化方向不一致，所以大块磁体对外不显示磁性。

设分子场H_m使铁磁体自发磁化，铁磁体的自发磁化强度M_s（T）与分子场H_m成正比，即

H_m=λM_s（T） （7-27）

式中，λ为分子场系数。在温度大于0K时，由于原子的热振动，分子场仅能使原子磁矩在一定程度上平行排列。设单位体积中磁性原子数为n，在分子场和外磁场作用下铁磁体的宏观磁化强度M随温度T和外磁场H的变化用玻耳兹曼统计可得

M=M（0）B_J（y） （7-28）

式中，M（0）=nJg_Jμ_B；BJ（y）为布里渊函数，为

式中，y=Jg_Jμ_Bμ₀（H+λM_s）/（kT）。解式（7-28）和式（7-29）可以求出在一定的磁场和温度下的磁化强度。当外加磁场为零时，可以求出铁磁性物质的自发磁化强度M_s（T）。解上述公式得出以下三个主要结论：①在T<T_c的任何温度下，自发磁化总是存在的，材料表现出铁磁性。当T>0K时，B_J（y）>l，M_s（T>0K）=_nJg_JμB，温度升高，自发磁化强度逐渐降低。在T≥T_c后，如果外加磁场为零，式（7-28）和式（7-29）没有共同的解，即自发磁化强度为零，材料表现出顺磁性。这个临界温度就是居里温度T_c；②材料的磁化率χ和温度T服从居里—外斯定律，即

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式中，C是居里常数。对于铁磁体Θ为正，等于居里点T_c。当T=Θ时，铁磁性转变为顺磁性；当T>Θ时，铁磁性物质磁化率服从居里—外斯定律。对于反铁磁性物质Θ取负值，当T>T_N（反铁磁性物质的奈耳点）时，其磁化率也服从居里—外斯定律。这些结果与实验结果符合得很好。图7-5为铁磁性与反铁磁性物质χ^-T关系；③分子场系数λ与居里温度T_c成正比，即

后来的量子自发磁化理论证明这一结果是正确的。

图7-5 铁磁性与反铁磁性物质χ-­T关系

a）铁磁性物质 b）反铁磁性物质

以上结果表明，外斯的分子场理论大体上能描述铁磁体的自发磁化。但是在外斯分子场理论中，最难以解释的是铁磁体为什么有的自发磁化？外斯分子场理论仅是一种唯象理论，并没有说明分子场的本质。