stringtranslate.com

Доменная стенка (магнетизм)

Доменная стенка — это термин, используемый в физике , который может иметь схожие значения в магнетизме , оптике или теории струн . Все эти явления можно в общем описать как топологические солитоны , которые возникают всякий раз, когда дискретная симметрия спонтанно нарушается . [ 1]

Магнетизм

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

В магнетизме доменная стенка — это интерфейс, разделяющий магнитные домены . Это переход между различными магнитными моментами , который обычно претерпевает угловое смещение на 90° или 180°. Доменная стенка — это постепенная переориентация отдельных моментов на конечном расстоянии. 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. Эта величина обычно выражается как энергия на единицу площади стенки.

Ширина доменной стенки варьируется из-за двух противоположных энергий, которые ее создают: энергии магнитокристаллической анизотропии и обменной энергии ( ), обе из которых стремятся быть как можно ниже, чтобы находиться в более благоприятном энергетическом состоянии. Энергия анизотропии является самой низкой, когда отдельные магнитные моменты выровнены с осями кристаллической решетки, тем самым уменьшая ширину доменной стенки. И наоборот, обменная энергия уменьшается, когда магнитные моменты выровнены параллельно друг другу, и, таким образом, делает стенку толще из-за отталкивания между ними (где антипараллельное выравнивание сблизило бы их, работая над уменьшением толщины стенки). В конце концов достигается равновесие между ними, и ширина доменной стенки устанавливается как таковая.

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

Отметим, что магнитные доменные стенки являются точными решениями классических нелинейных уравнений магнетиков ( модель Ландау–Лифшица , нелинейное уравнение Шредингера и т. д.).

Симметрия доменных стенок мультиферроиков

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 континуальное приближение, которое приводит к точечным группам слоев. [4] Если рассматривать непрерывную операцию трансляции как тождество , эти группы преобразуются в магнитные точечные группы . Было показано [5] , что существует 125 таких групп. Было обнаружено, что если магнитная точечная группа является пироэлектрической и/или пиромагнитной, то доменная стенка несет поляризацию и/или намагниченность соответственно. [6] Эти критерии были выведены из условий возникновения однородной поляризации [7] [8] и/или намагниченности . [9] [10] После их применения к любой неоднородной области они предсказывают существование четных частей в функциях распределения параметров порядка. Идентификация оставшихся нечетных частей этих функций была сформулирована [11] на основе преобразований симметрии, которые связывают домены . Симметричная классификация магнитных доменных стенок содержит 64 магнитные точечные группы . [12]

Схематическое изображение открепления доменной стенки

Предсказания структуры доменных стенок мультиферроиков, основанные на симметрии , были подтверждены с помощью феноменологической связи через пространственные производные намагничивания [13] и/или поляризации [14] (флексомагнитоэлектрические) [15] .

Отсоединение доменной стенки

Немагнитные включения в объеме ферромагнитного материала или дислокации в кристаллографической структуре могут 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 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 магнитными доменами , в которой намагниченность изменяется от своего значения в одном домене до значения в следующем, названная в честь физика Феликса Блоха . В стенке домена Блоха намагниченность вращается вокруг нормали к стенке домена. Другими словами, намагниченность всегда направлена ​​вдоль плоскости стенки домена в трехмерной системе, в отличие от стенок домена Нееля.

Стенки доменов Блоха возникают в объемных материалах, т.е. когда размеры магнитного материала значительно больше ширины стенки домена (согласно определению ширины Лилли [16] ). В этом случае энергия поля размагничивания не влияет на микромагнитную структуру стенки. Возможны также смешанные случаи, когда поле размагничивания изменяет магнитные домены ( направление намагниченности в доменах), но не стенки доменов. [17]

Неел Уолл

Стенка Нееля — это узкая переходная область между магнитными доменами , названная в честь французского физика Луи Нееля . В стенке Нееля намагниченность плавно вращается от направления намагниченности внутри первого домена к направлению намагниченности внутри второго. В отличие от стенок Блоха, намагниченность вращается вокруг линии, которая ортогональна нормали доменной стенки. Другими словами, она вращается таким образом, что указывает из плоскости доменной стенки в трехмерной системе. Она состоит из ядра с быстро меняющимся вращением, где точки намагниченности почти ортогональны двум доменам, и двух хвостов, где вращение логарифмически затухает. Стенки Нееля — это распространенный тип магнитных доменных стенок в очень тонких пленках, где длина обмена очень велика по сравнению с толщиной. Без магнитной анизотропии стенки Нееля распространились бы по всему объему.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ С. Вайнберг, Квантовая теория полей , т. 2. Гл. 23, Cambridge University Press (1995).
  2. ^ Н. Н. Неронова; Н. В. Белов (1961). «Цветные антисимметрические мозаики». 6. Советская физика — Кристаллография: 672–678. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  3. ^ Литвин, Дэниел Б. (1999). «Магнитные субпериодические группы». Acta Crystallographica Section A. 55 ( 5): 963–964. doi :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. doi : 10.1063/1.530173. ISSN  0022-2488.
  5. ^ Přívratská, J.; Shaparenko, B.; Janovec, V.; Litvin, DB (2010). "Magnetic Point Group Symmetries of Spontaneously Polarized and/or Magnetized Domain Walls". Ferroelectrics . 269 (1): 39–44. doi :10.1080/713716033. ISSN  0015-0193. S2CID  202113942.
  6. ^ Přívratská, J.; Janovec, V. (1999). «Спонтанная поляризация и/или намагниченность в несегнетоэластичных доменных стенках: предсказания симметрии». Ferroelectrics . 222 (1): 23–32. doi :10.1080/00150199908014794. ISSN  0015-0193.
  7. ^ Уокер, МБ; Гудинг, Р.Дж. (1985). «Свойства доменных стенок дофине-двойников в кварце и берлините». Physical Review B. 32 ( 11): 7408–7411. Bibcode : 1985PhRvB..32.7408W. doi : 10.1103/PhysRevB.32.7408. ISSN  0163-1829. PMID  9936884.
  8. ^ П. Сен-Грегор и В. Яновец, в Lecture Notes on Physics 353, Nonlinear Coherent Structures, в: M. Barthes и J. LCon (Eds.), Springer-Verlag, Берлин, 1989, стр. 117.
  9. ^ Л. Шувалов, Сов. физика и кристаллография 4 (1959) 399
  10. ^ Л. Шувалов, Современная кристаллография IV: Физические свойства кристаллов, Springer, Берлин, 1988
  11. ^ В. Г. Барьяхтар; В. А. Львов; Д. А. Яблонский (1983). "Неоднородный магнитоэлектрический эффект" (PDF) . Письма в ЖЭТФ . 37 (12): 673–675. Архивировано из оригинала (PDF) 2017-07-12 . Получено 2019-04-14 .
  12. ^ Таныгин, Б.М.; Тычко, О.В. (2009). «Магнитная симметрия плоских доменных стенок в ферро- и ферримагнетиках». Physica B: Condensed Matter . 404 (21): 4018–4022. arXiv : 1209.0003 . Bibcode : 2009PhyB..404.4018T. doi : 10.1016/j.physb.2009.07.150. ISSN  0921-4526. S2CID  118373839.
  13. ^ Таныгин, Б. М. (2011). «О свободной энергии флексомагнитоэлектрических взаимодействий». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 323 (14): 1899–1902. arXiv : 1105.5300 . Bibcode : 2011JMMM..323.1899T. doi : 10.1016/j.jmmm.2011.02.035. ISSN  0304-8853. S2CID  119225609.
  14. ^ Таныгин, Б (2010). "Неоднородный магнитоэлектрический эффект на дефект в мультиферроидном материале: предсказание симметрии". Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 15 (1): 012073. arXiv : 1007.3531 . Bibcode : 2010MS&E...15a2073T. doi : 10.1088/1757-899X/15/1/012073. ISSN  1757-899X. S2CID  119234063.
  15. ^ Пятаков, А. П.; Звездин, А. К. (2009). «Флексомагнитоэлектрическое взаимодействие в мультиферроиках». The European Physical Journal B. 71 ( 3): 419–427. Bibcode :2009EPJB...71..419P. doi :10.1140/epjb/e2009-00281-5. ISSN  1434-6028. S2CID  122234441.
  16. ^ Лилли, BA (2010). "LXXI. Энергии и ширина доменных границ в ферромагнетиках". Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 41 (319): 792–813. doi :10.1080/14786445008561011. ISSN  1941-5982.
  17. ^ Дьяченко, СА; Коваленко, ВФ; Таныгин, БН; Тычко, АВ (2011). «Влияние размагничивающего поля на структуру блоховской стенки в (001) пластине магнитоупорядоченного кубического кристалла». Физика твердого тела . 50 (1): 32–42. doi :10.1134/S1063783408010083. ISSN  1063-7834. S2CID  123608666.

Внешние ссылки