Stěna domény (magnetismus) - Domain wall (magnetism)

Pro další použití viz Stěna domény.

A zeď domény je termín používaný v fyzika které mohou mít podobné významy v magnetismus, optika nebo teorie strun. Všechny tyto jevy lze obecně popsat jako topologické solitony které se vyskytují kdykoli a diskrétní symetrie je spontánně zlomený.[1]

Magnetismus

Stěna domény (B) s postupnou reorientací magnetických momentů mezi dvěma 180stupňovými doménami (A) a (C)
(Prezentována je zeď Néel, nikoli Blochova, viz níže)

v magnetismus, doménová zeď je rozhraní oddělující magnetické domény. Jedná se o přechod mezi různými magnetickými momenty a obvykle podstoupí úhlové posunutí 90 ° nebo 180 °. Zdi domény je postupné přeorientování jednotlivých momentů napříč a konečný vzdálenost. Tloušťka stěny domény závisí na anizotropii materiálu, ale v průměru se rozprostírá kolem 100–150 atomů.

Energie stěny domény je jednoduše rozdíl mezi magnetickými momenty před a po vytvoření stěny domény. Tato hodnota je obvykle vyjádřena jako energie na jednotku plochy stěny.

Šířka stěny domény se liší v důsledku dvou protichůdných energií, které ji vytvářejí: magnetokrystalická anizotropie energie a výměna energie (), oba mají tendenci být co nejnižší, aby byli v příznivějším energetickém stavu. Anizotropní energie je nejnižší, když jsou jednotlivé magnetické momenty vyrovnány s osami krystalové mřížky, čímž se zmenšuje šířka stěny domény. Naopak, energie výměny se sníží, když jsou magnetické momenty vzájemně rovnoběžné, a tím způsobí, že zeď bude silnější, a to díky odporu mezi nimi (kde by je antiparalelní zarovnání přiblížilo a pracovalo na snížení tloušťky stěny). Nakonec je mezi nimi dosaženo rovnováhy a šířka stěny domény je nastavena jako taková.

Ideální doménová zeď by byla zcela nezávislá na poloze, ale struktury nejsou ideální, a tak se zasekly na inkluzních místech v médiu, známém také jako krystalografické vady. Patří mezi ně chybějící nebo různé (cizí) atomy, oxidy, izolátory a dokonce napětí uvnitř krystalu. To zabraňuje tvorbě doménových stěn a také inhibuje jejich šíření médiem. K překonání těchto míst je tedy zapotřebí větší aplikované magnetické pole.

Všimněte si, že stěny magnetické domény jsou přesným řešením klasických nelineárních rovnic magnetů (Landau – Lifshitzův model, nelineární Schrödingerova rovnice a tak dále).

Symetrie multiferroic doménových stěn

Vzhledem k tomu, že doménové stěny lze považovat za tenké vrstvy, je jejich symetrie popsána jednou z 528 skupin magnetických vrstev.[2][3] K určení fyzických vlastností vrstvy se používá aproximace kontinua, která vede k bodovým skupinám vrstev.[4] Pokud je operace nepřetržitého překladu považována za identita se tyto skupiny transformují na magnetické bodové skupiny. Ukázalo se to[5] že existuje 125 takových skupin. Bylo zjištěno, že pokud magnetické bodová skupina je pyroelektrický a / nebo pyromagnetické pak nese zeď domény polarizace a / nebo magnetizace resp.[6] Tato kritéria byla odvozena z podmínek vzhledu uniformy polarizace[7][8] a / nebo magnetizace.[9][10] Po aplikaci na jakoukoli nehomogenní oblast předpovídají existenci sudých částí ve funkcích distribuce parametrů objednávky. Byla formulována identifikace zbývajících lichých částí těchto funkcí[11] na základě symetrických transformací, které spolu souvisejí domén. Symetrická klasifikace stěn magnetické domény obsahuje 64 magnetických bodové skupiny.[12]

Schematické znázornění uvolnění stěny domény

Symetrické předpovědi struktury multiferroic použití doménových zdí fenomenologie spojení přes magnetizace[13] a / nebo polarizace[14] prostorové deriváty (flexomagnetoelektrický ).[15]

Hranice doménové zdi

Nemagnetické inkluze - v objemu feromagnetického materiálu nebo dislokace v krystalografické struktuře může způsobit „připnutí“ stěn domény (viz animace). Taková připínací místa způsobují, že doménová stěna sedí v místním energetickém minimu a je zapotřebí vnější pole, aby „odeplo“ doménovou stěnu z její připnuté polohy. Akt uvolnění způsobí náhlý pohyb stěny domény a náhlou změnu objemu obou sousedních domén; to způsobuje Barkhausenův hluk.

Typy stěn

Bloch zeď

Blochova stěna je úzká přechodová oblast na hranici mezi magnetické domény, nad kterým magnetizace se změní z hodnoty v jedné doméně na hodnotu v další, pojmenované podle fyzika Felix Bloch. Ve stěně domény Bloch se magnetizace otáčí kolem normály stěny domény (jinými slovy, magnetizace vždy ukazuje podél roviny stěny domény v 3D systému), na rozdíl od stěn domény Néel.

Blokové doménové stěny se objevují v sypkých materiálech, tj. Když jsou velikosti magnetického materiálu podstatně větší než šířka doménových stěn (podle definice šířky Lilley [16]). V tomto případě energie demagnetizace pole nemá vliv na mikromagnetická struktura zdi. Smíšené případy jsou také možné, když demagnetizace pole změní magnetické domény (magnetizace směr v doménách), ale ne stěny domén.[17]

Neel zeď

Neelova stěna je úzká přechodová oblast mezi nimi magnetické domény, pojmenovaný podle francouzského fyzika Louis Neel. Ve stěně Neel je magnetizace plynule rotuje ze směru magnetizace v první doméně do směru magnetizace v druhé doméně. Na rozdíl od Blochových stěn se magnetizace otáčí kolem čáry, která je kolmá k normále stěny domény (jinými slovy, otáčí se tak, že v 3D systému směřuje z roviny stěny domény). Skládá se z jádra s rychle se měnící rotací (kde magnetizace směřuje téměř kolmo ke dvěma doménám) a ze dvou ocasů, kde se rotace logaritmicky rozpadá. Néelovy stěny jsou běžným typem stěn magnetické domény ve velmi tenkých filmech, kde je délka výměny ve srovnání s tloušťkou velmi velká. Nelové stěny by se rozšířily po celém objemu, kdyby ne magnetická anizotropie.

Viz také

Reference

  1. ^ S. Weinberg, Kvantová teorie polí, Sv. 2. Chap 23, Cambridge University Press (1995).
  2. ^ N. N. Neronova; N. V. Belov (1961). "Barevné mozaiky antisymetrie". 6. Sovětská fyzika - krystalografie: 672–678. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  3. ^ Litvin, Daniel B. (1999). Msgstr "Magnetické subperiodické skupiny". Acta Crystallographica oddíl A. 55 (5): 963–964. doi:10.1107 / S0108767399003487. ISSN  0108-7673. PMID  10927306.
  4. ^ Kopský, Vojtěch (1993). „Překladové normalizátory euklidovských skupin. I. Elementární teorie“. Journal of Mathematical Physics. 34 (4): 1548–1556. Bibcode:1993JMP .... 34,1548K. doi:10.1063/1.530173. ISSN  0022-2488.
  5. ^ Přívratská, J .; Shaparenko, B .; Janovec, V .; Litvin, D. B. (2010). "Magnetická skupina bodů Symetrie spontánně polarizovaných a / nebo magnetizovaných stěn domén". Feroelektrika. 269 (1): 39–44. doi:10.1080/713716033. ISSN  0015-0193. S2CID  202113942.
  6. ^ Přívratská, J .; Janovec, V. (1999). "Spontánní polarizace a / nebo magnetizace ve stěnách neferoelastické domény: předpovědi symetrie". Feroelektrika. 222 (1): 23–32. doi:10.1080/00150199908014794. ISSN  0015-0193.
  7. ^ Walker, M. B .; Gooding, R. J. (1985). "Vlastnosti zdí domény Dauphiné-twin v křemenu a berlinitu". Fyzický přehled B. 32 (11): 7408–7411. Bibcode:1985PhRvB..32,7408W. doi:10.1103 / PhysRevB.32.7408. ISSN  0163-1829. PMID  9936884.
  8. ^ P. Saint-Grkgoire a V. Janovec, in Lecture Notes on Physics 353, Nonlinear Coherent Structures, in: M. Barthes and J. LCon (Eds.), Springer-Verlag, Berlin, 1989, str. 117.
  9. ^ L. Shuvalov, Sov. Phys. Crystallogr. 4 (1959) 399
  10. ^ L. Shuvalov, Moderní krystalografie IV: Fyzikální vlastnosti krystalů, Springer, Berlín, 1988
  11. ^ V.G. Bar'yakhtar; V. A. L'vov; D.A. Yablonskiy (1983). „Nehomogenní magnetoelektrický jev“ (PDF). Dopisy JETP. 37 (12): 673–675.
  12. ^ Tanygin, B.M .; Tychko, O.V. (2009). "Magnetická symetrie hladkých doménových stěn ve feromagnetech a ferimagnetech". Physica B: Kondenzovaná látka. 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. ^ Tanygin, B.M. (2011). "Na volnou energii flexomagnetoelektrických interakcí". Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 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. ^ Tanygin, B (2010). "Nehomogenní magnetoelektrický účinek na vadu multiferroického materiálu: Predikce symetrie". Série IOP Conference: Materials Science and Engineering. 15 (1): 012073. arXiv:1007.3531. Bibcode:2010MS & E ... 15a2073T. doi:10.1088 / 1757-899X / 15/1/012073. ISSN  1757-899X. S2CID  119234063.
  15. ^ Pyatakov, A. P .; Zvezdin, A. K. (2009). "Flexomagnetoelektrická interakce v multiferroics". Evropský fyzický deník B. 71 (3): 419–427. Bibcode:2009EPJB ... 71..419P. doi:10.1140 / epjb / e2009-00281-5. ISSN  1434-6028. S2CID  122234441.
  16. ^ Lilley, B.A. (2010). "LXXI. Energie a šířky doménových hranic ve feromagnetice". The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 41 (319): 792–813. doi:10.1080/14786445008561011. ISSN  1941-5982.
  17. ^ D’yachenko, S. A .; Kovalenko, V. F .; Tanygin, B. N .; Tychko, A. V. (2011). „Vliv demagnetizačního pole na strukturu Blochovy stěny v (001) desce magneticky uspořádaného krychlového krystalu“. Fyzika pevného stavu. 50 (1): 32–42. doi:10.1134 / S1063783408010083. ISSN  1063-7834. S2CID  123608666.

externí odkazy