Доменная стенка — это термин, используемый в физике , который может иметь аналогичные значения в магнетизме , оптике или теории струн . Все эти явления можно в общих чертах описать как топологические солитоны , которые возникают всякий раз, когда дискретная симметрия спонтанно нарушается . [1]
В магнетизме доменная стенка представляет собой границу раздела магнитных доменов . Это переход между различными магнитными моментами , который обычно подвергается угловому смещению на 90 ° или 180 °. Доменная граница — это постепенная переориентация отдельных моментов на конечном расстоянии. Толщина доменной стенки зависит от анизотропии материала, но в среднем составляет 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 стены.
Ширина доменной стенки варьируется из-за двух противоположных энергий, которые ее создают: энергии магнитокристаллической анизотропии и обменной энергии ( ), обе из которых имеют тенденцию быть как можно меньшими, чтобы находиться в более благоприятном энергетическом состоянии. Энергия анизотропии минимальна, когда отдельные магнитные моменты ориентированы по осям кристаллической решетки, что уменьшает ширину доменной стенки. И наоборот, обменная энергия уменьшается, когда магнитные моменты выравниваются параллельно друг другу и, таким образом, делают стенку толще из-за отталкивания между ними (когда антипараллельное выравнивание сближает их, что приводит к уменьшению 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 в местах включений внутри среды, также известных как кристаллографические дефекты . К ним относятся отсутствующие или другие (чужеродные) атомы, оксиды, изоляторы и даже напряжения внутри кристалла. Это предотвращает образование доменных стенок, а также тормозит их распространение в среде. Таким образом, для преодоления этих мест требуется более сильное приложенное магнитное поле.
Отметим, что магнитные доменные границы являются точными решениями классических нелинейных уравнений магнетиков ( модель Ландау–Лифшица , нелинейное уравнение Шрёдингера и т. д.).
Поскольку доменные границы 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 операцию непрерывного перевода рассматривать как тождество , эти группы преобразуются в группы магнитных точек . Было показано [5] , что таких групп 125. 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 появления 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 остальных нечетных частей этих функций была сформулирована в [11] на основе преобразований симметрии, связывающих области . Классификация симметрии магнитных доменных стенок содержит 64 магнитные точечные группы . [12]
Предсказания структуры мультиферроидных доменных стенок, основанные на симметрии, были подтверждены с использованием феноменологической связи через намагниченность [13] и/или поляризацию [14] пространственных производных (флексомагнитоэлектрических). [15]
Немагнитные включения в объеме ферромагнитного материала или дислокации в кристаллографической структуре могут вызвать «закрепление» доменных стенок (см. анимацию). Такие места закрепления заставляют доменную стенку находиться в локальном минимуме энергии, и требуется внешнее поле, чтобы «открепить» доменную стенку из ее закрепленного положения. Акт открепления вызовет внезапное движение доменной стенки и внезапное изменение объема обоих соседних доменов; это вызывает шум Баркгаузена .
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 доменной границе Блоха 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 границы возникают в объемных материалах, т.е. когда размеры магнитного материала значительно превышают ширину доменной границы (согласно определению ширины Лилли [16] ). В этом случае энергия поля размагничивания не влияет на микромагнитную структуру стенки. Возможны и смешанные случаи, когда поле размагничивания изменяет магнитные домены ( направление намагниченности в доменах), но не доменные стенки. [17]
Стенка Нееля — 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, ортогональной нормали к доменной границе. Другими словами, он вращается так, что указывает на плоскость доменной стенки в трехмерной системе. Он состоит из ядра с быстро меняющимся вращением, где точки намагничивания почти ортогональны двум доменам, и двух хвостов, где вращение логарифмически затухает. Стенки Нееля — это распространенный тип магнитной доменной границы в очень тонких пленках, где обменная длина очень велика по сравнению с толщиной. Без магнитной анизотропии стенки Нееля распространились бы по всему объему.
{{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )