Доменная стенка (магнетизм) - Domain wall (magnetism)

Для использования в других целях см. Стена домена.

А доменная стена это термин, используемый в физика которые могут иметь аналогичные значения в магнетизм, оптика, или же теория струн. Все эти явления можно в общих чертах описать как топологические солитоны которые происходят всякий раз, когда дискретная симметрия является самопроизвольно сломанный.[1]

Магнетизм

Доменная стенка (B) с постепенной переориентацией магнитных моментов между двумя 180-градусными доменами (A) и (C)
(Представлена ​​стена Нееля, а не стена Блоха, см. Ниже)

В магнетизм, доменная стенка - это интерфейс, разделяющий магнитные домены. Это переход между разными магнитными моменты и обычно проходит угловое смещение 90 ° или 180 °. Доменная стена - это постепенная переориентация отдельных моментов в конечный расстояние. Толщина доменной стенки зависит от анизотропии материала, но в среднем охватывает около 100–150 атомов.

Энергия доменной стенки - это просто разница между магнитными моментами до и после создания доменной стенки. Это значение обычно выражается в энергии на единицу площади стены.

Ширина доменной стенки изменяется из-за двух противоположных энергий, которые ее создают: магнитокристаллическая анизотропия энергия и обменная энергия (), оба из которых имеют тенденцию быть как можно более низкими, чтобы находиться в более благоприятном энергетическом состоянии. Энергия анизотропии является самой низкой, когда отдельные магнитные моменты выровнены по осям кристаллической решетки, что уменьшает ширину доменной стенки. И наоборот, обменная энергия уменьшается, когда магнитные моменты выровнены параллельно друг другу, и, таким образом, толщина стенки увеличивается из-за отталкивания между ними (когда антипараллельное выравнивание сближает их, работая для уменьшения толщины стенки). В конце концов между ними достигается равновесие, и ширина доменной стенки устанавливается как таковая.

Идеальная доменная стенка была бы полностью независимой от положения, но структуры не идеальны и поэтому застревают на сайтах включения в среде, также известных как кристаллографические дефекты. К ним относятся отсутствующие или различные (посторонние) атомы, оксиды, изоляторы и даже напряжения внутри кристалла. Это предотвращает образование доменных стенок, а также препятствует их распространению в среде. Таким образом, для преодоления этих участков требуется большее приложенное магнитное поле.

Отметим, что магнитные доменные границы являются точными решениями классических нелинейных уравнений магнитов (Модель Ландау – Лифшица., нелинейное уравнение Шредингера и так далее).

Симметрия мультиферроиков доменных стенок

Поскольку доменные стенки можно рассматривать как тонкие слои, их симметрия описывается одной из 528 групп магнитных слоев.[2][3] Для определения физических свойств слоя используется приближение континуума, которое приводит к точечным группам слоев.[4] Если операция непрерывного перевода рассматривается как личность эти группы переходят в магнитные точечные группы. Было показано[5] что существует 125 таких групп. Было обнаружено, что если магнитная точечная группа является пироэлектрический и / или пиромагнитный то доменная стенка несет поляризация и / или намагничивание соответственно.[6] Эти критерии были выведены из условий внешнего вида форменной одежды. поляризация[7][8] и / или намагничивание.[9][10] После их применения к любой неоднородной области они предсказывают существование четных частей в функциях распределения параметров порядка. Отождествление остальных нечетных частей этих функций было сформулировано[11] на основе преобразований симметрии, которые связывают домены. Классификация симметрии магнитных доменных границ содержит 64 магнитных точечные группы.[12]

Схематическое изображение открепления доменной стенки

Прогнозы на основе симметрии структуры мультиферроик доменные стены были доказаны с использованием феноменология связь через намагничивание[13] и / или поляризация[14] пространственные производные (флексомагнитоэлектрический ).[15]

Создание доменной стенки

Немагнитный включения в объеме ферромагнитного материала, или вывихи в кристаллографической структуре может вызывать «закрепление» доменных стенок (см. анимацию). Такие места закрепления заставляют доменную стенку находиться в локальном энергетическом минимуме, и требуется внешнее поле, чтобы «открепить» доменную стенку от ее закрепленного положения. Акт открепления вызовет внезапное движение доменной стенки и внезапное изменение объема обоих соседних доменов; это вызывает Шум Баркгаузена.

Типы стен

Стена Блоха

Стенка Блоха - это узкая переходная область на границе между магнитные домены, над которым намагничивание изменяется от своего значения в одной области до значения в следующем, названном в честь физика Феликс Блох. В блоховской доменной стенке намагниченность вращается вокруг нормали к доменной границе (другими словами, намагниченность всегда направлена ​​вдоль плоскости доменной стенки в трехмерной системе), в отличие от доменных стенок Нееля.

Блоховские доменные стенки появляются в объемных материалах, т.е. когда размеры магнитного материала значительно больше ширины доменной стенки (согласно определению ширины Лилли [16]). В этом случае энергия размагничивание поле не влияет на микромагнитная структура стены. Возможны и смешанные случаи, когда размагничивание поле меняет магнитные домены (намагничивание направление в доменах), но не на доменных стенках.[17]

Neel Wall

Стена Neel - это узкая переходная область между магнитные домены, названный в честь французского физика Луи Нил. В стене Нила намагничивание плавно вращается от направления намагничивания в первом домене к направлению намагничивания во втором. В отличие от стенок Блоха, намагниченность вращается вокруг линии, ортогональной нормали к доменной стенке (другими словами, она вращается так, что выходит за пределы плоскости доменной стенки в трехмерной системе). Он состоит из сердечника с быстро меняющимся вращением (где точки намагничивания почти ортогональны двум доменам) и двух хвостов, где вращение логарифмически затухает. Стенки Нееля являются обычным типом магнитных доменных стенок в очень тонких пленках, в которых длина обмена очень велика по сравнению с толщиной. Стены Нееля распространились бы по всему объему, если бы не магнитная анизотропия.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ С. Вайнберг, Квантовая теория полей, Vol. 2. Глава 23, Cambridge University Press (1995).
  2. ^ Н. Н. Неронова; Белов Н.В. (1961). «Цветная антисимметричная мозаика». 6. Советская физика - Кристаллография: 672–678. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ Литвин, Даниэль Б. (1999). «Магнитные субпериодические группы». Acta Crystallographica Раздел A. 55 (5): 963–964. Дои:10.1107 / S0108767399003487. ISSN  0108-7673. PMID  10927306.
  4. ^ Копский, Войтех (1993). «Трансляционные нормализаторы евклидовых групп. I. Элементарная теория». Журнал математической физики. 34 (4): 1548–1556. Bibcode:1993JMP .... 34,1548K. Дои:10.1063/1.530173. ISSN  0022-2488.
  5. ^ Přívratská, J .; Шапаренко, Б .; Janovec, V .; Литвин, Д. Б. (2010). «Магнитные точечные групповые симметрии спонтанно поляризованных и / или намагниченных доменных стенок». Сегнетоэлектрики. 269 (1): 39–44. Дои:10.1080/713716033. ISSN  0015-0193. S2CID  202113942.
  6. ^ Přívratská, J .; Яновец, В. (1999). «Спонтанная поляризация и / или намагниченность в неферроэластичных доменных стенках: предсказания симметрии». Сегнетоэлектрики. 222 (1): 23–32. Дои:10.1080/00150199908014794. ISSN  0015-0193.
  7. ^ Уокер, М. Б.; Гудинг, Р. Дж. (1985). «Свойства доменных границ Дофине-двойников в кварце и берлините». Физический обзор B. 32 (11): 7408–7411. Bibcode:1985PhRvB..32.7408W. Дои:10.1103 / PhysRevB.32.7408. ISSN  0163-1829. PMID  9936884.
  8. ^ П. Сен-Гркгуар и В. Яновец, в конспектах лекций по физике 353, Нелинейные когерентные структуры, в: M. Barthes и J. LCon (Eds.), Springer-Verlag, Berlin, 1989, p. 117.
  9. ^ Л. Шувалов, Сов. Phys. Кристаллогр. 4 (1959) 399
  10. ^ Л. Шувалов, Современная кристаллография IV: Физические свойства кристаллов, Спрингер, Берлин, 1988.
  11. ^ В.Г. Барьяхтар; Львов В. А.; Д.А. Яблонский (1983). «Неоднородный магнитоэлектрический эффект» (PDF). Письма в ЖЭТФ. 37 (12): 673–675.
  12. ^ Таныгин, Б.М .; Тычко, О.В. (2009). «Магнитная симметрия плоских доменных границ в ферро- и ферримагнетиках». Physica B: конденсированное вещество. 404 (21): 4018–4022. arXiv:1209.0003. Bibcode:2009PhyB..404.4018T. Дои:10.1016 / j.physb.2009.07.150. ISSN  0921-4526. S2CID  118373839.
  13. ^ Таныгин, Б. (2011). «О свободной энергии флексомагнитоэлектрических взаимодействий». Журнал магнетизма и магнитных материалов. 323 (14): 1899–1902. arXiv:1105.5300. Bibcode:2011JMMM..323.1899T. Дои:10.1016 / j.jmmm.2011.02.035. ISSN  0304-8853. S2CID  119225609.
  14. ^ Таныгин, Б (2010). «Неоднородный магнитоэлектрический эффект на дефект в мультиферроидном материале: прогноз симметрии». Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия. 15 (1): 012073. arXiv:1007.3531. Bibcode:2010MS & E ... 15a2073T. Дои:10.1088 / 1757-899X / 15/1/012073. ISSN  1757-899X. S2CID  119234063.
  15. ^ Пятаков, А.П .; Звездин, А. К. (2009). «Флексомагнитоэлектрическое взаимодействие в мультиферроиках». Европейский физический журнал B. 71 (3): 419–427. Bibcode:2009EPJB ... 71..419P. Дои:10.1140 / epjb / e2009-00281-5. ISSN  1434-6028. S2CID  122234441.
  16. ^ Лилли, Б.А. (2010). «LXXI. Энергии и ширина доменных границ в ферромагнетиках». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. 41 (319): 792–813. Дои:10.1080/14786445008561011. ISSN  1941-5982.
  17. ^ Дьяченко, С. А .; Коваленко, В. Ф .; Таныгин, Б. Н .; Тычко, А. В. (2011). «Влияние размагничивающего поля на структуру блоховской стенки в пластине (001) магнитоупорядоченного кубического кристалла». Физика твердого тела. 50 (1): 32–42. Дои:10.1134 / S1063783408010083. ISSN  1063-7834. S2CID  123608666.

внешняя ссылка