磁鐵的磁力為什么不會(huì )消失？它的能量到底來(lái)自哪里？

自發(fā)磁化是一個(gè)非常深刻的問(wèn)題，即便磁學(xué)專(zhuān)家也不能用一句簡(jiǎn)單的話(huà)回答這個(gè)問(wèn)題。不同的磁性材料，它的磁化原理可能截然不同，甚至相互矛盾。

常見(jiàn)的磁化模型可分為兩個(gè)大類(lèi)，分別基于局域自旋和巡游電子，前者對初學(xué)者相對友好，后者沒(méi)有非常強的凝聚態(tài)理論的基礎，基本不可能正確理解。除此之外，還有像外斯的分子場(chǎng)理論等。

磁學(xué)是一個(gè)已經(jīng)有上千年歷史的研究課題，至今仍然時(shí)做時(shí)新。因為它是一個(gè)典型的量子多體問(wèn)題，不可能用任何經(jīng)典的、單體的、拓撲平庸的圖像解釋清楚。

現在來(lái)回答題主這個(gè)問(wèn)題，永磁體的磁性為什么不會(huì )在室溫下消失。也就是，為什么室溫熱漲落不會(huì )破壞磁矩的有序排列？

許多人可能會(huì )回答，因為有自旋與自旋的鐵磁性交換相互作用。對，但不充分。一維的Ising模型，哪怕加再強的交換作用，也沒(méi)有自發(fā)磁化。

那么為什么二維Ising模型有了自發(fā)磁化呢？除了鐵磁相互作用以外，二維與一維的**不同，就是能夠形成小的環(huán)路。一維要形成環(huán)路，必須遍歷整條鏈，二維形成環(huán)路，最少只需要4個(gè)自旋就夠了。

所謂環(huán)路，就是我們通常說(shuō)的磁疇。不過(guò)，很多人可能會(huì )覺(jué)得，磁疇就是多個(gè)自旋的簡(jiǎn)單加和。不是這樣，磁疇是一個(gè)穩定的磁矩，這個(gè)穩定性來(lái)源于它的量子化，也就是多個(gè)自旋形成環(huán)路以后兩兩互相抵銷(xiāo)，-1的平方變成了+1，所以形成了新的好量子數。

這是只考慮自旋的情況，若再考慮軌道，情況就更為復雜，很難有一個(gè)普適的模型講清楚軌道磁矩的問(wèn)題。

磁能的來(lái)源是外加磁場(chǎng)，HdM，H是外加的磁場(chǎng)強度，M是磁化強度。當然還應該乘上磁導率。通常計算磁化能，對磁滯回線(xiàn)積個(gè)分就可以了。

新出廠(chǎng)的永磁體都是用電磁鐵去磁化，能量當然是來(lái)自交流電的電能。地球上挖出來(lái)的永磁體一般是靠地磁場(chǎng)磁化，能量來(lái)自地球本身。好像也有一些磁性的隕石，是在別的星球磁化好了再來(lái)到的地球。

平常我們用釹鐵硼的永磁體去磁化小鐵片啥的，能量當然就是由釹鐵硼提供。只不過(guò)普通軟鐵磁需要的磁化能太小，和釹鐵硼遠不在一個(gè)數量級上，一般也不會(huì )去討論這個(gè)能量損失問(wèn)題。工業(yè)上的永磁體使用時(shí)間長(cháng)了肯定會(huì )逐漸退磁。

其實(shí)，關(guān)于如何利用磁能，這是過(guò)去二十多年凝聚態(tài)物理的一個(gè)非常重要的課題，自旋電子學(xué)就是這樣一個(gè)方向。想像當中，把不同的磁性材料用作電極，在外磁場(chǎng)作用下，就能產(chǎn)生只帶自旋不帶電荷的自旋流，這樣磁能就能可控地流動(dòng)起來(lái)，就像電流那樣?？上?，真正的自旋流至今仍難以實(shí)現。這里面涉及到非常多的理論難題需要去解決