磁性相变的Monte Carlo计算机模拟(2)

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在1800年前后，磁学才真正成为一个科学领域。人们对磁现象的深入了解是由丹麦物理学家奥斯特（Oersted）发现电流磁效应开始。继而，安培对电流之间的作用力进行了一系列精心设计的实验，提出了许多重要概念和安培环路定律。还应着重指出，英国物理学家法拉第（Faraday）的各项杰出贡献，特别在1831年发现了电磁感应定律，这让更多的人对磁与电的联系产生了兴趣，是近代发电机、电动机、和变压器等设备的重要理论依据，为人类社会进入电气化时代开辟了道路。在1887年，赫兹用实验方法产生和检测了电磁波。

在1905年，郎志万（Langevin）推导出居里定律。他在具有固定原子磁矩的系统上采用了经典统计力学的方法。1907年，外斯（Weiss）又推导出铁磁性物质满足居里-外斯定律。郎志万和外斯的理论从唯像的角度较清楚的说明了铁磁性和顺磁性的行为特征，从而加速了近代磁性理论的诞生。

综上所述，磁性理论的发展史错综复杂的。磁性理论在自身发展中已积累丰富的资料给磁学与磁性材料的深入研究和应用提供了可靠基础。

在当今社会里，磁性材料已经在许多方面得到了重要的应用。磁学研究为磁性材料的发展提供了重要的基础。[ ]

现代电子计算机的计算速度，已经超过手工计算速的几个数量级，并且还在继续提高。程序语言的使用更增加了人们的方便，如果仅看到这节约了计算中的劳动是远远不够的。重要的是这引起了方法上和概念上的许多变革。对于电磁场问题，在五十年代以前，分析方法主要依靠解析法及经验公式，而现在数值方法显示出强大威力。差分法、有限元法、边界元法已经成为基本方法，离散化是这些方法的共同特点，补充了传统的连续性概念。离散化也是数字计算机的基本特点之一，因而在各门学科中有着广泛的应用。另外，在数字计算机上不难进行统计试验，因此将电磁场问题化为概率模型，应用蒙特卡洛法是现实的。

可以相信，在这个新世纪里，人类对磁的认识，一定会有更大的发展，人类对磁的利用，也一定会有更广阔的前景。

2.磁性相变理论基础

在物理学中，“物质的相”是由一种均匀体系构成，这种均匀体系要求物质系统各处物理性质、化学性质都相同，并且要处于热力学平衡。同一个物质体系不同相之间的相互转化称为相变。

相变现象是一种常见的自然现象。我们都知道水存在气态、液态、固态三种物态。在正常气压下，水降温到0℃时会结冰，升温到100℃时会沸腾成水蒸气。这种气液固三态的变化在自然界中是普遍存在的。三种物态之间在一定条件下的这种转变是相变现象的一个例子。

本文将重点讨论的是铁磁体系的相变。这是人类除了物态三相转变之外，认识较早的另一种相变现象。早在1600年前后，就有科学家发现用高温加热铁，铁的磁性会消失。到了1800年前后，物理学家开始系统地研究铁的磁性，发现在某个“临界温度”时，铁会失去磁性。

当某种物质具有自发性的磁化现象，我们称它的磁性状态为铁磁性（Ferromagnetism）。这里说的自发磁化现象，是指在外部磁场作用下，一些物质被磁化，就算磁场消失，也具有磁性，并且能够保持磁化的状态。另外要说一下，这里之所以说“铁磁性”，不是因为具有磁性的只有铁，而是因为铁是最典型的，也是大家最熟悉的。所以才用铁来代表其他磁性材料，来命名磁性。

铁磁相变是指磁性物质失去自发磁化性质，从而变成顺磁性的现象。这种现象只在特殊情况下出现，在高温条件下，某个温度会使磁性材料出现相变现象。这个温度被称为居里温度，又叫作作临界温度，在临界温度之下，铁磁性才会保持。