Домен (магнетизм)

Процесс намагничивания домена

Домен — макроскопическая область в магнитном кристалле, в которой ориентация вектора спонтанной однородной намагниченности[1] или вектора антиферромагнетизма[2] (при температуре ниже точки Кюри или Нееля соответственно) определенным — строго упорядоченным — образом повернута или сдвинута[3], то есть поляризована относительно направлений соответствующего вектора в соседних доменах.

Домены — это образования, состоящие из огромного числа [упорядоченных] атомов и видимые иногда невооружённым глазом (размеры порядка 10^−2 см^3).
Домены существуют в ферро- и антиферромагнитных, сегнетоэлектрических кристаллах и других веществах, обладающих спонтанным дальним порядком.

Доменная теория

Перемагничивание четырёхдоменной частицы во внешнем поле. По осям отложены напряженность внешнего магнитного поля H и магнитная индукция B.

Рассмотрим плоскую квадратную ферромагнитную пластинку толщиной ${\displaystyle h}$ с площадью ${\displaystyle L^{2}}$. Равновесное распределение вектора намагниченности соответствует минимуму полной энергии пластинки. Полная энергия включает в себя энергию обменного взаимодействия ${\displaystyle W_{e}}$, энергию магнитной анизотропии ${\displaystyle W_{a}}$, энергию доменных границ ${\displaystyle W_{d}}$, энергию ${\displaystyle W_{m}}$, связанную с возникновением вокруг пластины магнитного поля[4].

В случае, когда пластинка однородно намагничена, и вектор намагниченности лежит на кристаллографической оси, соответствующей минимуму магнитной анизотропии, достигается минимум суммы ${\displaystyle W_{e}+W_{a}}$. С другой стороны, в таком случае очень большой оказывается энергия ${\displaystyle W_{m}}$[5], так как вокруг пластины образуется магнитное поле, силовые линии которого далеко выходят из этой пластины. Величина этой энергии будет меньше в том случае, когда меньше магнитное поле вокруг пластины. Такая ситуация реализуется[5], когда пластина разбивается на области (домены), в каждой из которых вектор намагниченности везде направлен по оси легкого намагничивания, но в соседних доменах направления вектора намагниченности различны. С одной стороны, при такой конфигурации энергия ${\displaystyle W_{m}}$ уменьшается, но, с другой стороны, с увеличением числа доменов возрастает энергия доменных границ ${\displaystyle W_{d}}$, так как сосуществование антипараллельных спинов невыгодно с точки зрения энергии обменного взаимодействия.

Энергия ${\displaystyle W_{m}}$ по величине может быть оценена следующим образом[4]:

${\displaystyle W_{m}=M^{2}dL^{2},}$

где ${\displaystyle d}$ — толщина домена, ${\displaystyle M}$ — модуль вектора намагниченности внутри домена.

Энергия доменных границ определяется с помощью поверхностной энергии доменных границ ${\displaystyle \sigma }$:

${\displaystyle W_{d}=\sigma LhN,}$

где ${\displaystyle N=L/d}$ — число доменных границ. Тогда полная энергия выглядит следующим образом:

${\displaystyle W_{d}+W_{m}=\sigma L^{2}{\frac {h}{d}}+M^{2}dL^{2}}$.

Оптимальный размер домена, при котором достигается минимум суммы ${\displaystyle W_{d}+W_{m}}$, зависит от параметров пластины следующим образом[4][5][6]:

${\displaystyle d_{opt}^{2}=l_{0}h,}$

где ${\displaystyle l_{0}=\sigma /M^{2}}$ — характеристическая длина.

Наблюдение доменов

Применения на практике

• хранение данных на жестких дисках осуществляется с использованием горизонтально или вертикально расположенных магнитных доменов;
• магнитные домены, перемещаемые по специальных трекам, могут быть использованы при создании перспективной трековой памяти[7].

См. также

• Уравнение Ландау — Лифшица
• Доменная стенка

Примечания

1. Ферромагнитные домены  (неопр.). Физическая энциклопедия. Дата обращения: 17 апреля 2011. Архивировано 27 января 2012 года.
2. Антиферромагнитные домены  (неопр.). Физическая энциклопедия. Дата обращения: 17 апреля 2011. Архивировано 26 января 2012 года.
3. В общем случае у веществ, молекулы которых обладают моментом в отсутствие поля, будут присутствовать два (оба) механизма поляризации: наряду с поворотами атомов/молекул могут происходить и смещения электронов (электронной плотности).
4. В.Д. Бучельников. Физика магнитных доменов // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 12.
5. Каганов М.И., Цукерник В.М. Природа магнетизма (рус.). — Москва: Наука, 1982. — Т. Библиотечка "Квант", вып.16. — 192 с.
6. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Курс теоретической физики (рус.). — Москва: Наука, 1982. — Т. 8 (электродинамика сплошных сред). — С. 222. — 620 с.
7. iXBT.com :: Все новости :: Ученые IBM приближают создание «трековой памяти» к реальности Архивная копия от 1 января 2011 на Wayback Machine

Литература

• Китайгородский А. И. Физика для всех: Электроны. — 2-е изд., перераб. — М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1982. — с. 122—124. — 208 с.