Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено со стены Блоха )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чтобы узнать о других значениях, см. Стена домена .

Доменная стенка представляет собой термин , используемый в физике , которые могут иметь близкие значения в магнетизме , оптике , или теории струн . Эти явления , все они могут быть в общем описаны как топологические солитонах , которые происходят всякий раз , когда дискретная симметрия является спонтанно нарушена . [1]

Магнетизм [ править ]

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

В магнетизме доменная стенка - это интерфейс, разделяющий магнитные домены . Это переход между разными магнитными моментами и обычно происходит 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. Это значение обычно выражается в энергии на единицу площади стены.

Ширина доменной стенки изменяется из-за двух противоположных энергий, которые ее создают: энергии магнитокристаллической анизотропии и энергии обмена ( ), обе из которых имеют тенденцию быть как можно более низкими, чтобы находиться в более благоприятном энергетическом состоянии. Энергия анизотропии является самой низкой, когда отдельные магнитные моменты выровнены по осям кристаллической решетки, что уменьшает ширину доменной стенки. И наоборот, обменная энергия уменьшается, когда магнитные моменты выровнены параллельно друг другу и, таким образом, толщина стенки увеличивается из-за отталкивания между ними (когда антипараллельное выравнивание сближает их, работая для уменьшения 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 включения в среде, также известных как кристаллографические дефекты . К ним относятся отсутствующие или различные (посторонние) атомы, оксиды, изоляторы и даже напряжения внутри кристалла. Это предотвращает образование доменных стенок, а также препятствует их распространению в среде. Таким образом, для преодоления этих участков требуется большее приложенное магнитное поле.

Отметим, что магнитные доменные границы являются точными решениями классических нелинейных уравнений магнитов ( модель Ландау – Лифшица , нелинейное уравнение Шредингера и т. Д.).

Симметрия мультиферроидных доменных стенок [ править ]

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 приближение континуума, которое приводит к точечным группам слоев. [4] Если операция непрерывного переноса рассматривается как идентичность , эти группы превращаются в магнитные точечные группы . Было показано [5], что таких групп 125. Было обнаружено, что если точечная магнитная группа является пироэлектрической и / или пирромагнитной, 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 остальных нечетных частей этих функций была сформулирована [11] на основе преобразований симметрии, связывающих области . Классификация по симметрии магнитных доменных границ содержит 64 точечные магнитные группы . [12]

Схематическое изображение открепления доменной стенки

Основанные на симметрии предсказания структуры мультиферроидных доменных стенок были доказаны с использованием феноменологической связи через пространственные производные намагниченности [13] и / или поляризации [14] ( флексомагнитоэлектрические ). [15]

Создание доменной стены [ править ]

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 ее закрепленного положения. Акт открепления вызовет внезапное движение доменной стенки и резкое изменение объема обоих соседних доменов; это вызывает шум Баркгаузена .

Типы стен [ править ]

Стена Блоха [ править ]

Стенка Блоха - это узкая переходная область на границе между магнитными доменами , над которой намагниченность изменяется от своего значения в одном домене до значения в следующем, названная в честь физика Феликса Блоха . В блоховской доменной стенке 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 стенки (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 намагничивания в доменах), но не доменные стенки. [17]

Neel Wall [ править ]

Стенка Нееля - это узкая переходная область между магнитными доменами , названная в честь французского физика Луи Нила . В стене Нееля намагниченностьплавно вращается от направления намагничивания внутри первого домена к направлению намагничивания внутри второго. В отличие от стенок Блоха, намагниченность вращается вокруг линии, ортогональной нормали к доменной границе (другими словами, она вращается так, что выходит за пределы плоскости доменной стенки в трехмерной системе). Он состоит из сердечника с быстро меняющимся вращением (где точки намагничивания почти ортогональны двум доменам) и двух хвостов, где вращение логарифмически затухает. Стенки Нееля являются обычным типом магнитных доменных стенок в очень тонких пленках, в которых длина обмена очень велика по сравнению с толщиной. Если бы не магнитная анизотропия, стенки Нееля растеклись бы по всему объему .

См. Также [ править ]

  • Ферромагнетизм
  • Пиннинг флюса
  • Теория Гинзбурга – Ландау
  • Магнитный домен
  • Квант магнитного потока
  • Квантовый вихрь
  • Топологический дефект

Ссылки [ править ]

  1. ^ С. Вайнберг, Квантовая теория полей , Vol. 2. Глава 23, Cambridge University Press (1995).
  2. ↑ Н. Н. Неронова; Н.В. Белов (1961). «Цветная антисимметричная мозаика». 6 . Советская физика - Кристаллография: 672–678. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  3. ^ Литвин, Дэниел Б. (1999). «Магнитные субпериодические группы». Acta Crystallographica Раздел A . 55 (5): 963–964. DOI : 10.1107 / S0108767399003487 . ISSN 0108-7673 . PMID 10927306 .  
  4. ^ Kopský, 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 .; Шапаренко, Б .; Janovec, V .; Литвин Д.Б. (2010). «Магнитные точечные групповые симметрии спонтанно поляризованных и / или намагниченных доменных стенок». Сегнетоэлектрики . 269 (1): 39–44. DOI : 10.1080 / 713716033 . ISSN 0015-0193 . S2CID 202113942 .  
  6. ^ Přívratská, J .; Яновец, В. (1999). «Спонтанная поляризация и / или намагниченность в неферроупругих доменных стенках: предсказания симметрии». Сегнетоэлектрики . 222 (1): 23–32. DOI : 10.1080 / 00150199908014794 . ISSN 0015-0193 . 
  7. ^ Уокер, МБ; Гудинг, Р.Дж. (1985). «Свойства доменных границ 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. Санкт-Grkgoire и В. Janovec в Lecture Notes по физике 353 Нелинейные когерентные структуры, в: М. Барта и Ж. LCon (ред.), Springer-Verlag, Berlin, 1989, стр. 117.
  9. ^ Л. Шувалов, Сов. Phys. Кристаллогр. 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.
  12. ^ Таныгин, БМ; Тычко, О.В. (2009). «Магнитная симметрия плоских доменных границ в ферро- и ферримагнетиках». Physica B: конденсированное вещество . 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, BM (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, B (2010). «Неоднородный магнитоэлектрический эффект на дефект в мультиферроидном материале: прогноз 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». Европейский физический журнал B . 71 (3): 419–427. Bibcode : 2009EPJB ... 71..419P . DOI : 10.1140 / epjb / e2009-00281-5 . ISSN 1434-6028 . S2CID 122234441 .  
  16. ^ Лилли, Б. А. (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, С.А. Коваленко, В.Ф .; Таныгин Б.Н. Тычко, А.В. (2011). «Влияние размагничивающего поля на структуру блоховской стенки в пластине (001) магнитоупорядоченного кубического кристалла». Физика твердого тела . 50 (1): 32–42. DOI : 10,1134 / S1063783408010083 . ISSN 1063-7834 . S2CID 123608666 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Иллюстрация стены Блоха и Нееля
  • Анимация перехода стены Блоха
  • Двумерная устойчивость стены Нееля , Антонио Дезимоне, Ханс Кнюпфер и Феликс Отто в вариационном исчислении и дифференциальных уравнениях с частными производными , 2006 г.