Домен (магнетизм)

У этого термина существуют и другие значения, см. Домен.

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 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