Domänvägg (magnetism)
En domänvägg är en term som används inom fysiken och som kan ha liknande betydelser inom magnetism , optik eller strängteori . Dessa fenomen kan alla generiskt beskrivas som topologiska solitoner som uppstår närhelst en diskret symmetri spontant bryts .
Magnetism
Inom magnetism är en domänvägg ett gränssnitt som separerar magnetiska domäner . Det är en övergång mellan olika magnetiska moment och genomgår vanligtvis en vinkelförskjutning på 90° eller 180°. En domänvägg är en gradvis omorientering av enskilda ögonblick över ett ändligt avstånd. Domänens väggtjocklek beror på materialets anisotropi, men sträcker sig i genomsnitt över cirka 100–150 atomer.
Energin hos en domänvägg är helt enkelt skillnaden mellan de magnetiska momenten före och efter att domänväggen skapades. Detta värde uttrycks vanligtvis som energi per enhet väggarea.
Bredden på domänväggen varierar beroende på de två motsatta energierna som skapar den: den magnetokristallina anisotropienergin och utbytesenergin ( ), som båda tenderar att vara som låg som möjligt för att vara i ett mer gynnsamt energitillstånd. Anisotropienergin är lägst när de individuella magnetiska momenten är inriktade med kristallgittrets axlar, vilket minskar bredden på domänväggen. Omvänt reduceras utbytesenergin när de magnetiska momenten är inriktade parallellt med varandra och gör sålunda väggen tjockare, på grund av avstötningen mellan dem (där antiparallell inriktning skulle föra dem närmare, och arbeta för att minska väggtjockleken). Till slut uppnås en jämvikt mellan de två och domänväggens bredd ställs in som sådan.
En idealisk domänvägg skulle vara helt oberoende av position, men strukturerna är inte idealiska och fastnar därför på inklusionsställen i mediet, även känd som kristallografiska defekter . Dessa inkluderar saknade eller olika (främmande) atomer, oxider, isolatorer och till och med spänningar i kristallen. Detta förhindrar bildandet av domänväggar och hämmar även deras utbredning genom mediet. Således krävs ett större pålagt magnetfält för att övervinna dessa platser.
Observera att de magnetiska domänväggarna är exakta lösningar på klassiska olinjära magnetekvationer ( Landau-Lifshitz-modell , olinjär Schrödinger-ekvation och så vidare).
Symmetri av multiferroiska domänväggar
Eftersom domänväggar kan betraktas som tunna skikt, beskrivs deras symmetri av en av de 528 magnetiska skiktgrupperna. För att bestämma lagrets fysikaliska egenskaper används en kontinuumapproximation som leder till punktliknande lagergrupper. Om kontinuerlig översättningsoperation betraktas som identitet , omvandlas dessa grupper till magnetiska punktgrupper . Det visades att det finns 125 sådana grupper. Det visade sig att om en magnetisk punktgrupp är pyroelektrisk och/eller pyromagnetisk så bär domänväggen polarisering respektive magnetisering . Dessa kriterier härleddes från villkoren för uppkomsten av den enhetliga polarisationen och/eller magnetiseringen . Efter deras applicering på vilken inhomogen region som helst, förutsäger de förekomsten av jämna delar i funktioner för fördelningen av ordningsparametrar. Identifiering av de återstående udda delarna av dessa funktioner formulerades baserat på symmetritransformationer som kopplar samman domäner . Symmetriklassificeringen av magnetiska domänväggar innehåller 64 magnetiska punktgrupper .
Symmetribaserade förutsägelser av strukturen hos de multiferroiska domänväggarna har bevisats med användning av fenomenologisk koppling via magnetisering och/eller polarisations spatiala derivator (flexomagnetoelektriska).
Depinning av en domänvägg
Icke-magnetiska inneslutningar i volymen av ett ferromagnetiskt material, eller dislokationer i kristallografisk struktur, kan orsaka "nålning" av domänväggarna (se animation). Sådana fästplatser får domänväggen att sitta i ett lokalt energiminimum och ett externt fält krävs för att "lösgöra" domänväggen från dess nålade läge. Åtgärden att lossa kommer att orsaka plötslig rörelse av domänväggen och plötslig förändring av volymen för båda angränsande domäner; detta orsakar Barkhausen-ljud .
Typer av väggar
Bloch vägg
En Bloch-vägg är ett smalt övergångsområde vid gränsen mellan magnetiska domäner , över vilken magnetiseringen ändras från dess värde i en domän till den i nästa, uppkallad efter fysikern Felix Bloch . I en Bloch-domänvägg roterar magnetiseringen kring domänväggens normal (med andra ord, magnetiseringen pekar alltid längs domänväggplanet i ett 3D-system), i motsats till Néels domänväggar.
Bloch-domänväggar uppträder i bulkmaterial, dvs när storlekar av magnetiskt material är avsevärt större än domänväggsbredd (enligt Lilleys bredddefinition). I detta fall avmagnetiseringsfältets energi inte väggens mikromagnetiska struktur. De blandade fallen är också möjliga när avmagnetiseringsfältet ändrar de magnetiska domänerna ( magnetiseringsriktningen i domänerna) men inte domänväggarna.
Néel vägg
En Néel-vägg är en smal övergångsregion mellan magnetiska domäner , uppkallad efter den franske fysikern Louis Néel . I Néel-väggen magnetiseringen mjukt från magnetiseringsriktningen inom den första domänen till magnetiseringsriktningen inom den andra. I motsats till Bloch-väggar, roterar magnetiseringen kring en linje som är ortogonal mot domänväggens normal (med andra ord, den roterar så att den pekar ut från domänväggsplanet i ett 3D-system). Den består av en kärna med snabbt varierande rotation (där magnetiseringen pekar nästan ortogonalt mot de två domänerna) och två svansar där rotationen logaritmiskt avtar. Néel-väggar är den vanliga magnetiska domänväggstypen i mycket tunna filmer där utbyteslängden är mycket stor jämfört med tjockleken. Neels väggar skulle spridas över hela volymen om inte magnetisk anisotropi .
Se även
externa länkar
- Illustration av en Bloch och Néel vägg
- Bloch väggövergångsanimation
- 2-d stabilitet av Néel-väggen , Antonio DeSimone, Hans Knüpfer och Felix Otto i Calculus of Variations and Partial Differential Equations , 2006