Доменная структура ферромагнетиков

Магнитные моменты соседних атомов ферромагнетиков ориентированы параллельно, однако в большом кристалле все магнитные моменты атомов не могут быть ориентированы параллельно, так как в этом случае вокруг кристалла появится сильное магнитное поле и энергия системы возрастет. Для снижения общей энергии кристалл разбивается на домены - области спонтанной намагниченности. Причем разбиение производится таким образом, чтобы магнитные поля доменов замыкались друг на друга, а внешнее магнитное поле отсутствовало (рис. 4.2).

На границе доменов происходит поворот магнитных моментов атомов от одной ориентации к другой.

Как отмечалось выше, обменное взаимодействие соседних атомов ферромагнитных материалов приводит к снижению энергии системы на величину: U_обм= –А (s₁s₂), где А –обменный интеграл, зависящий от отношения а/r. Поскольку расстояния между атомами по различным кристаллографическим направлениям различны, то и значения обменной энергии по различным направлениям различны. Таким образом, в ферромагнетиках появляется магнитная анизотропия.Очевидно, что внутри доменов магнитные моменты атомов ориентированы вдоль наиболее энергетически выгодных направлений. Такие направления принято называть направлениями легкого намагничивания. На границах доменов магнитные моменты ориентированы в менее выгодных направлениях. Поэтому энергия атомов на границах доменов оказывается повышенной.

Поскольку на границах доменов энергия атомов повышена, то для того чтобы энергия материала была минимальной, необходимо, чтобы протяженность границ доменов была минимальной, а значит размер доменов был как можно большим.

В то же время росту доменов препятствует магнитострикция- деформация кристаллической решетки под воздействием магнитного поля. Обменное взаимодействие между атомами приводит к появлению дополнительных сил взаимодействия, и кристаллическая решетка деформируется. Рост домена ведет к увеличению напряженности локального поля внутри домена и возрастанию деформации решетки. При этом энергия системы увеличивается. Таким образом, противоборство магнитной анизотропии и магнитострикции приводит к установлению оптимального размера магнитных доменов.