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 $h$ с площадью $L^{2}$. Равновесное распределение вектора намагниченности соответствует минимуму полной энергии пластинки. Полная энергия включает в себя энергию обменного взаимодействия $W_{e}$, энергию магнитной анизотропии $W_{a}$, энергию доменных границ $W_{d}$, энергию $W_{m}$, 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 $W_{e}+W_{a}$. С другой стороны, в таком случае очень большой оказывается энергия $W_{m}$, 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 $W_{m}$ уменьшается, но, с другой стороны, с увеличением числа доменов возрастает энергия доменных границ $W_{d}$, так как сосуществование антипараллельных спинов невыгодно с точки зрения энергии обменного взаимодействия.

Энергия $W_{m}$ по величине может быть оценена следующим образом:

$W_{m}=M^{2}dL^{2},$

где $d$ — толщина домена, $M$ — модуль вектора намагниченности внутри домена.

Энергия доменных границ определяется с помощью поверхностной энергии доменных границ $\sigma$:

$W_{d}=\sigma LhN,$

где $N=L/d$ — число доменных границ. Тогда полная энергия выглядит следующим образом:

$W_{d}+W_{m}=\sigma L^{2}{\frac {h}{d}}+M^{2}dL^{2}$.

Оптимальный размер домена, при котором достигается минимум суммы $W_{d}+W_{m}$, зависит от параметров пластины следующим образом:

$d_{opt}^{2}=l_{0}h,$

где $l_{0}=\sigma /M^{2}$ — 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.