Ściana domeny (magnetyzm)
Ściana domeny to termin używany w fizyce , który może mieć podobne znaczenie w magnetyzmie , optyce lub teorii strun . Wszystkie te zjawiska można ogólnie opisać jako solitony topologiczne , które występują zawsze, gdy dyskretna symetria zostaje spontanicznie złamana .
Magnetyzm
W magnetyzmie ściana domeny jest interfejsem oddzielającym domeny magnetyczne . Jest to przejście między różnymi momentami magnetycznymi i zwykle podlega przemieszczeniu kątowemu o 90° lub 180°. Ściana domeny to stopniowa reorientacja poszczególnych momentów na skończonej odległości. Grubość ścianki domeny zależy od anizotropii materiału, ale średnio obejmuje około 100–150 atomów.
Energia ściany domenowej to po prostu różnica między momentami magnetycznymi przed i po utworzeniu ściany domenowej. Wartość ta jest zwykle wyrażana jako energia na jednostkę powierzchni ściany.
Szerokość ściany domeny zmienia się ze względu na dwie przeciwstawne energie, które ją tworzą: energię energię wymiany ( , z których obie są zwykle tak samo jak najniżej, aby być w korzystniejszym stanie energetycznym. Energia anizotropii jest najniższa, gdy poszczególne momenty magnetyczne są wyrównane z osiami sieci krystalicznej, zmniejszając w ten sposób szerokość ściany domeny. I odwrotnie, energia wymiany jest zmniejszana, gdy momenty magnetyczne są ustawione równolegle do siebie, co powoduje, że ściana jest grubsza z powodu odpychania między nimi (gdzie ustawienie przeciwrównoległe zbliżyłoby je, działając na rzecz zmniejszenia grubości ściany). W końcu zostaje osiągnięta równowaga między nimi i szerokość ściany domeny jest ustawiona jako taka.
Idealna ściana domeny byłaby w pełni niezależna od położenia, ale struktury nie są idealne i dlatego utknęłyby w miejscach inkluzji w ośrodku, znanych również jako defekty krystalograficzne . Należą do nich brakujące lub różne (obce) atomy, tlenki, izolatory, a nawet naprężenia w krysztale. Zapobiega to tworzeniu się ścian domen, a także hamuje ich propagację w ośrodku. Zatem do pokonania tych miejsc wymagane jest większe przyłożone pole magnetyczne.
Zauważ, że ściany domen magnetycznych są dokładnymi rozwiązaniami klasycznych nieliniowych równań magnesów ( model Landaua-Lifshitza , nieliniowe równanie Schrödingera i tak dalej).
Symetria multiferroicznych ścian domenowych
Ponieważ ściany domen można uznać za cienkie warstwy, ich symetrię opisuje jedna z 528 grup warstw magnetycznych. Aby określić właściwości fizyczne warstwy, stosuje się przybliżenie kontinuum, które prowadzi do punktowych grup warstw. Jeśli ciągłą translację traktuje się jako tożsamość , grupy te przekształcają się w magnetyczne grupy punktowe . Wykazano, że takich grup jest 125. Stwierdzono, że jeśli magnetyczna grupa punktowa jest piroelektryczna i/lub piromagnetyczna, to ściana domeny przenosi odpowiednio polaryzację i/lub namagnesowanie . Kryteria te zostały wyprowadzone z warunków pojawiania się jednolitej polaryzacji i/lub namagnesowania . Po ich zastosowaniu do dowolnego obszaru niejednorodnego przewidują istnienie części parzystych w funkcjach rozkładu parametrów rzędu. Identyfikacja pozostałych części nieparzystych tych funkcji została sformułowana na podstawie przekształceń symetrii, które łączą dziedziny . Klasyfikacja symetrii ścian domen magnetycznych obejmuje 64 grupy punktów magnetycznych .
Oparte na symetrii przewidywania struktury ścian domen multiferroicznych zostały udowodnione przy użyciu sprzężenia fenomenologicznego poprzez pochodne przestrzenne magnetyzacji i / lub polaryzacji ( fleksomagnetoelektryczne ).
Wyznaczenie ściany domenowej
Wtrącenia niemagnetyczne w objętości materiału ferromagnetycznego lub dyslokacje w strukturze krystalograficznej mogą powodować „szpilkowanie” ścian domen (patrz animacja). Takie miejsca przypinania powodują, że ściana domeny znajduje się w lokalnym minimum energii, a pole zewnętrzne jest wymagane do „odpięcia” ściany domeny od jej pozycji przypiętej. Akt odpięcia spowoduje nagły ruch ściany domeny i nagłą zmianę objętości obu sąsiednich domen; powoduje to szum Barkhausena .
Rodzaje ścian
Ściana Blocha
Ściana Blocha to wąski obszar przejściowy na granicy między domenami magnetycznymi , w którym namagnesowanie zmienia się z wartości w jednej domenie do wartości w następnej, nazwany tak na cześć fizyka Felixa Blocha . W ścianie domeny Blocha namagnesowanie obraca się wokół normalnej ściany domeny (innymi słowy, namagnesowanie zawsze wskazuje wzdłuż płaszczyzny ściany domeny w systemie 3D), w przeciwieństwie do ścian domeny Néela.
Ściany domenowe Blocha pojawiają się w materiałach sypkich, tj. gdy wymiary materiału magnetycznego są znacznie większe niż szerokość ściany domenowej (zgodnie z definicją szerokości Lilleya). W tym przypadku energia rozmagnesowania nie wpływa na strukturę mikromagnetyczną ściany. Możliwe są również przypadki mieszane, gdy rozmagnesowania zmienia domeny magnetyczne ( kierunek namagnesowania w domenach), ale nie ściany domen.
Ściana Néela
Ściana Néela to wąski obszar przejściowy między domenami magnetycznymi , nazwany na cześć francuskiego fizyka Louisa Néela . W ścianie Néela namagnesowanie płynnie obraca się od kierunku namagnesowania w pierwszej domenie do kierunku namagnesowania w drugiej domenie. W przeciwieństwie do ścian Blocha, namagnesowanie obraca się wokół linii, która jest prostopadła do normalnej ściany domeny (innymi słowy, obraca się tak, że wskazuje poza płaszczyznę ściany domeny w systemie 3D). Składa się z rdzenia o szybko zmieniającej się rotacji (gdzie namagnesowanie jest prawie prostopadłe do dwóch domen) i dwóch ogonów, w których rotacja zanika logarytmicznie. Ściany Néela są powszechnym typem ścianek domen magnetycznych w bardzo cienkich warstwach, w których długość wymiany jest bardzo duża w porównaniu do grubości. Ściany Néela rozciągałyby się na całą objętość, gdyby nie anizotropia magnetyczna .
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Ilustracja przedstawiająca ścianę Blocha i Néela
- Animacja przejścia ścian Blocha
- 2-d stabilność ściany Néel , Antonio DeSimone, Hans Knüpfer i Felix Otto w Rachunek wariacyjny i równania różniczkowe cząstkowe , 2006