几种微磁学模拟软件的应用与比较(2)
我国是对磁现象最早进行文字记载的国家之一。磁现象早期的应用方面，最光辉的成就要数指南针的发明和应用，这是磁学发展史上的一个重大标志，在古代的航海中发挥了重要的作用。
最早系统地进行磁研究始于16世纪。1600年英国医生吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》。这是物理学史上第一部系统阐述磁学的科学专著，记录了许多有关磁体性质的事实和实验，最早提出了地球像一个大磁场的观点，指出了电现象和磁现象之间的差异，总结了前人对磁的研究并周密地讨论了地磁的性质，使磁学从经验转变为科学。
1820年4月在丹麦哥本哈根大学任教的奥斯特发现，通电导线放在与磁针平行的位置，小磁针向垂直于导线的方向大辐度偏转，在几乎垂直于导线的方向才停下来；反接电源，电流反向流动，磁针就向相反方向转去。这是第一次证明电和磁现象存在联系的实验。法国科学家安培在得知奥斯特的发现之后，重复奥斯特的实验并提出了右手定则，并用电流绕地球内部流动解释地磁的起因。接着他研究了载流导线之间的相互作用，建立了电流元之间的相互作用规律—安培定律。与此同时，比奥•沙伐定律也得到发现。
图1-1磁学发展历史时间轴
英国物理学家法拉第对电磁学的贡献尤为突出。1831年发现电磁感应现象，进一步证实了电现象与磁现象的统一性。法拉第坚信电磁的近距作用，认为物质之间的电力和磁力都需要由媒介传递，媒介就是电场和磁场。
及至1865年，麦克斯韦把法拉第的电磁近距作用思想和安培开创的电动力学规律结合在一起，用一套方程组概括电磁规律，建立了电磁场理论，预测了光的电磁性质，终于实现了物理学史上第二次大综合。铁磁理论的奠基者，法国物理学家外斯于1907年提出了铁磁现象的唯象理论。他假定铁磁体内部存在强大的“分子场”，即使无外磁场，也能使内部自发地磁化;自发磁化的小区域称为磁畴，每个磁畴的磁化均达到磁饱和。他提出的现代分子场理论，是微观磁学和磁畴理论的开端。
磁性理论可以分为三种不同层次的理论：磁畴理论、微磁学理论和原子层次的磁性理论。它们各有一定的适用范围并在各自的范围内取得了很大的成功。磁畴理论是Landau和Lifshitz于十九世纪四十年代建立的。这个理论预先假设磁畴和畴壁的存在，然后比较不同磁结构的能量，取能量较小的那种结构为实际存在的磁畴结构。磁化过程由畴壁位移或畴内磁化矢量的转动来实现。磁畴理论能很好地描述块体磁性材料，但它在原理上存在两个严重的缺陷：
(1)为比较不同磁畴分布图像的能量，首先要选择一些图像，在选择的过程中存在着遗漏更低能量对应分布图像的危险性；
(2)磁畴理论的另一个困难在于由于磁滞的存在，人们感兴趣的并不总是能量最低的状态，真实的磁化状态与外加场的历史有关，即使存在有低能量的状态，由于现有所处的状态与低能量状态之间有势垒，样品无法达到低能量状态，这时比较能量的大小是没有意义的。从理论角度看，作为基础概念的磁畴和畴壁是以假设而引入的，而且由自由能极小原理，在假定形成磁畴结构的限制下应用的，所以磁畴理论在体系上是不完善的，在计算磁畴结构时，也难给出精确的结果。
为克服这些困难，微磁学理论应运而生。即直接由铁磁体系内磁化矢量运动方程求解磁化和反转磁化过程的理论。
1.2 微磁学理论的发展
微磁学(micromagnetic)一词由Brown于1963年提出的，他以连续变化的磁化强度描述磁畴磁矩的变化，而不是逐一考虑单个原子的磁矩[2-3]。近年來，随着电脑计算速度及存储能力的快速提升，数值计算已经成为解決科学与工程问题的重要方法与工具，使得微磁学理论能更有效、细致地研究磁学的各种物理效应。并且发展为一门新的科学分支，计算微磁学(computational micromagnetism)也因此随之发展。