Домен (магнетизм)

(перенаправлено с «Домен (ферромагнетизм)»)

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.

Процесс намагничивания домена

Домены — это образования, состоящие из огромного числа [упорядоченных] атомов и видимые иногда невооружённым глазом (размеры порядка 10−2 см3).
Домены существуют в ферро- и антиферромагнитных, сегнетоэлектрических кристаллах и других веществах, обладающих спонтанным дальним порядком.

Доменная теорияПравить

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

Рассмотрим плоскую квадратную ферромагнитную пластинку толщиной   с площадью  . Равновесное распределение вектора намагниченности соответствует минимуму полной энергии пластинки. Полная энергия включает в себя энергию обменного взаимодействия  , энергию магнитной анизотропии  , энергию доменных границ  , энергию  , 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  . С другой стороны, в таком случае очень большой оказывается энергия  [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   уменьшается, но, с другой стороны, с увеличением числа доменов возрастает энергия доменных границ  , так как сосуществование антипараллельных спинов невыгодно с точки зрения энергии обменного взаимодействия.

Энергия   по величине может быть оценена следующим образом[4]:

 

где   — толщина домена,   — модуль вектора намагниченности внутри домена.

Энергия доменных границ определяется с помощью поверхностной энергии доменных границ  :

 

где   — число доменных границ. Тогда полная энергия выглядит следующим образом:

 .

Оптимальный размер домена, при котором достигается минимум суммы  , зависит от параметров пластины следующим образом[4][5][6]:

 

где   — характеристическая длина.

Наблюдение доменовПравить

Применения на практикеПравить

  • 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. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. Ферромагнитные домены. Физическая энциклопедия. Дата обращения: 17 апреля 2011.
  2. Антиферромагнитные домены. Физическая энциклопедия. Дата обращения: 17 апреля 2011.
  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. 1 2 3 В.Д. Бучельников. Физика магнитных доменов // Соросовский образовательный журнал. — 1997. — № 12.
  5. 1 2 3 Каганов М.И., Цукерник В.М. Природа магнетизма. — Москва: Наука, 1982. — Т. Библиотечка "Квант", вып.16. — 192 с.
  6. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Курс теоретической физики. — 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

ЛитератураПравить

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