在铁磁质中相邻电子之间存在着一种很强的“交换耦合”作用,在无外磁场的情况下,它们的自旋磁矩能在一个个微小区域内“自发地”整齐排列起来而形成自发磁化小区域,称为磁畴。在未经磁化的铁磁质中,虽然每一磁畴内部都有确定的自发磁化方向,有很大的磁性,但大量磁畴的磁化方向各不相同因而整个铁磁质不显磁性。如图3所示。
磁畴的存在是能量极小化的后果。这是物理学家列夫·朗道和叶津·李佛西兹(Evgeny Lifshitz)提出的点子。假设一个铁磁性长方体是单独磁畴(图3a),则会有很多正磁荷与负磁荷分别形成于长方块的顶面与底面,从而拥有较强烈的磁能。假设铁磁性长方块分为两个磁畴(图3b),其中一个磁畴的磁矩朝上,另一个朝下,则会有正磁荷与负磁荷分别形成于顶面的左右边,又有负磁荷与正磁荷相反地分别形成于底面的左右边,所以,磁能较微弱,大约为图3a的一半。假设铁磁性长方块是由多个磁畴组成,如图3c所示,则由于磁荷不会形成于顶面与底面,只会形成于斜虚界面,所有的磁场都包含于长方块内部,磁能更微弱。这种组态称为“闭磁畴”(closure domain),是最小能量态。
当铁磁质处于外磁场中时,那些自发磁化方向和外磁场方向成小角度的磁畴其体积随着外加磁场的增大而扩大并使磁畴的磁化方向进一步转向外磁场方向。另一些自发磁化方向和外磁场方向成大角度的磁畴其体积则逐渐缩小,这时铁磁质对外呈现宏观磁性。当外磁场增大时,上述效应相应增大,直到所有磁畴都沿外磁场排列达到饱和。由于在每个磁畴中个单元磁矩已排列整齐,因此具有很强的宏观磁性。