Доменная стенка (магнетизм)

Доменная стенка — граница между магнитными доменами с различным направлением намагниченности.

Общие положения

Причиной образования магнитных доменных стенок является конкуренция между обменным взаимодействием и магнитной анизотропией, которые стремятся увеличить и уменьшить толщину стенки соответственно^[1]. Толщина доменной стенки оценивается по порядку величины как

$x_0 = \sqrt{\frac{A}{K}} = a\sqrt{\frac{H_E}{H_A}},$

где A — коэффициент неоднородного обменного взаимодействия, K — коэффициент магнитной анизотропии (здесь они записаны в таком виде, что плотность обменного взаимодействия и магнитной анизотропии зависят или от размерного вектора намагниченности, или от единичного вектора, сонаправленного ему), a — расстояние между магнитными атомами (типично около 0,5·10⁻⁷ см), $H_E$ — обменнное поле (так же называемое молекулярным полем Вейса, порядка 10⁷ Э), $H_A$ — поле анизотропии. Таким образом, толщину доменной стенки можно оценить как величину, лежащую в интервале 10—100 нм.^[2]

Виды доменных стенок

Доменные стенки Блоха (сверху) и Нееля (снизу) между доменами с противоположным направлением намагниченности (светло- и темно-серый цвета)

Классификация доменных стенок производится в зависимости от способа поворота вектора намагниченности внутри доменной стенки, а также от симметрии кристалла. К первому типу относятся доменные стенки типа Блоха и Нееля. Стенки второго типа имеют в названии указание угла, на который изменяется направление намагниченности в соседних доменах. Согласно второй классификации стенки Блоха и Нееля являются 180°-ми^[3].

Стенка Блоха

Поворот вектора намагниченности при переходе между доменами может происходить различным образом. В случае, если плоскость доменной стенки содержит ось анизотропии, то намагниченность в доменах будет параллельна стенке. Ландау и Лифшицем был предложен механизм перехода между доменами, в котором вектор намагниченности проворачивается в плоскости стенки меняя свое направление на противоположное. Стенка такого типа была названа блоховской, в честь Феликса Блоха, впервые исследовавшего движение доменных стенок^[3].

Стенка Нееля

Стенка Нееля отличается от блоховской стенки тем, что поворот намагниченности происходит не в её плоскости, а перпендикулярно ней. Обычно, её образование энергетически невыгодно^[4]. Стенки Нееля образуются в тонких магнитных пленках толщиной порядка или менее 100 нм. Причиной этого является размагничивающее поле, чья величина обратно пропорциональна толщине пленки. Вследствие этого намагниченность ориентируется в плоскости пленки, и переход между доменами происходит внутри той же плоскости, то есть перпендикулярно самой стенке^[5].

Стенки с редуцированным углом

Образование четырёх 90°-ных доменов в образце квадратного сечения

В материалах с многоосной анизотропией встречаются доменные стенки, в которых угол поворота намагниченности меньше 180°. К этому же эффекту приводит приложение поля перпендикулярно легкой оси материала с одноосной анизотропией.^[6]

Другие виды доменных стенок

(а) Стенка Нееля. (б) Стенка Блоха. (c) Cross-tie стенка.

Цилиндрические доменные стенки

Форма образца может существенно влиять на форму магнитных доменов и границ между ними. В цилиндрических образцах возможно образование доменов цилиндрической формы, расположенных радиально симметрично. Стенки между ними так же называют цилиндрическими.^[7]

См. также

• Магнетизм
• Микромагнетизм
• Уравнение Ландау — Лифшица (магнетизм)

Примечания

1. ↑ Доменная стенка. Физическая энциклопедия. Архивировано из первоисточника 28 июля 2012. Проверено 16 апреля 2011.
2. ↑ О. В. Третяк, В. А. Львов, О. В. Барабанов Фізичні основи спінової електроніки. — К.: Київський університет, 2002. — С. 64—67. — 314 с. — ISBN 966-594-323-5
3. ↑ ^{1 2} Alex Hubert, Rudolf Schäfer Magnetic Domains: The Analysis of Magnetic Microstructures. — Correct. ed. — Springer, 2008. — P. 215. — 714 p. — ISBN 978-3540641087
4. ↑ Alex Hubert, Rudolf Schäfer Magnetic Domains: The Analysis of Magnetic Microstructures. — Correct. ed. — Springer, 2008. — P. 216. — 714 p. — ISBN 978-3540641087
5. ↑ Denny D. Tang, Yuan-Jen Lee Magnetic Memory. Fundamentals and Technology. — Cambrige University Press, 2010. — P. 57—58. — 208 p. — ISBN 9780521449649
6. ↑ Alex Hubert, Rudolf Schäfer Magnetic Domains: The Analysis of Magnetic Microstructures. — Correct. ed. — Springer, 2008. — P. 218. — 714 p. — ISBN 978-3540641087
7. ↑ M. Kladivová and J. Ziman (2004). «Domain-wall Mobility and Hall Effect in Cylindrical Ferromagnetic Sample». Czechoslovak Journal of Physics 54 (4): 35—38. DOI:10.1007/s10582-004-0025-3.

Ссылки