Домен (магнетизм)

Процесс намагничивания домена

Домен — макроскопическая область в магнитном кристалле, в которой ориентация вектора спонтанной однородной намагниченности или вектора антиферромагнетизма (при температуре ниже точки Кюри или Нееля соответственно) определенным — строго упорядоченным — образом повернута или сдвинута, то есть поляризована относительно направлений соответствующего вектора в соседних доменах.

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 [math]\displaystyle{ h }[/math] с площадью [math]\displaystyle{ L^2 }[/math]. Равновесное распределение вектора намагниченности соответствует минимуму полной энергии пластинки. Полная энергия включает в себя энергию обменного взаимодействия [math]\displaystyle{ W_e }[/math], энергию магнитной анизотропии [math]\displaystyle{ W_a }[/math], энергию доменных границ [math]\displaystyle{ W_d }[/math], энергию [math]\displaystyle{ W_m }[/math], связанную с возникновением вокруг пластины магнитного поля.

В случае, когда пластинка однородно намагничена, и вектор намагниченности лежит на кристаллографической оси, соответствующей минимуму магнитной анизотропии, достигается минимум суммы [math]\displaystyle{ W_e + W_a }[/math]. С другой стороны, в таком случае очень большой оказывается энергия [math]\displaystyle{ W_m }[/math], 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, 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 [math]\displaystyle{ W_m }[/math] уменьшается, но, с другой стороны, с увеличением числа доменов возрастает энергия доменных границ [math]\displaystyle{ W_d }[/math], так как сосуществование антипараллельных спинов невыгодно с точки зрения энергии обменного взаимодействия.

Энергия [math]\displaystyle{ W_m }[/math] по величине может быть оценена следующим образом:

[math]\displaystyle{ W_m = M^2dL^2, }[/math]

где [math]\displaystyle{ d }[/math] — толщина домена, [math]\displaystyle{ M }[/math] — модуль вектора намагниченности внутри домена.

Энергия доменных границ определяется с помощью поверхностной энергии доменных границ [math]\displaystyle{ \sigma }[/math]:

[math]\displaystyle{ W_d = \sigma LhN, }[/math]

где [math]\displaystyle{ N = L/d }[/math] — число доменных границ. Тогда полная энергия выглядит следующим образом:

[math]\displaystyle{ W_d + W_m = \sigma L^2\frac{h}{d} + M^2dL^2 }[/math].

Оптимальный размер домена, при котором достигается минимум суммы [math]\displaystyle{ W_d + W_m }[/math], зависит от параметров пластины следующим образом:

[math]\displaystyle{ d^2_{opt} = l_0h, }[/math]

где [math]\displaystyle{ l_0 = \sigma/M^2 }[/math] — характеристическая длина.

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.

См. также

• Уравнение Ландау — Лифшица
• Доменная стенка

Литература

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