Parede de domínio (magnetismo) - Domain wall (magnetism)
Uma parede de domínio é um termo usado em física que pode ter significados semelhantes em magnetismo , óptica ou teoria das cordas . Esses fenômenos podem ser genericamente descritos como solitons topológicos que ocorrem sempre que uma simetria discreta é quebrada espontaneamente .
Magnetismo
No magnetismo , uma parede de domínio é uma interface que separa domínios magnéticos . É uma transição entre diferentes momentos magnéticos e geralmente sofre um deslocamento angular de 90 ° ou 180 °. Uma parede de domínio é uma reorientação gradual de momentos individuais através de uma distância finita . A espessura da parede do domínio depende da anisotropia do material, mas em média se estende por cerca de 100-150 átomos.
A energia de uma parede de domínio é simplesmente a diferença entre os momentos magnéticos antes e depois que a parede de domínio foi criada. Este valor é geralmente expresso como energia por unidade de área da parede.
A largura da parede do domínio varia devido às duas energias opostas que a criam: a energia da anisotropia magnetocristalina e a energia de troca ( ), ambas as quais tendem a ser tão baixas quanto possível para estar em um estado energético mais favorável. A energia de anisotropia é mais baixa quando os momentos magnéticos individuais estão alinhados com os eixos da rede cristalina, reduzindo assim a largura da parede do domínio. Por outro lado, a troca de energia é reduzida quando os momentos magnéticos estão alinhados paralelamente entre si e, assim, torna a parede mais espessa, devido à repulsão entre eles (onde o alinhamento antiparalelo os aproximaria, trabalhando para reduzir a espessura da parede). No final, um equilíbrio é alcançado entre os dois e a largura da parede do domínio é definida como tal.
Uma parede de domínio ideal seria totalmente independente da posição, mas as estruturas não são ideais e, portanto, ficam presas em locais de inclusão dentro do meio, também conhecidos como defeitos cristalográficos . Isso inclui átomos ausentes ou diferentes (estranhos), óxidos, isolantes e até tensões dentro do cristal. Isso evita a formação de paredes de domínio e também inibe sua propagação através do meio. Assim, um maior campo magnético aplicado é necessário para superar esses locais.
Observe que as paredes do domínio magnético são soluções exatas para equações não lineares clássicas de ímãs ( modelo de Landau-Lifshitz , equação de Schrödinger não linear e assim por diante).
Simetria de paredes de domínio multiferróicas
Uma vez que as paredes de domínio podem ser consideradas camadas finas, sua simetria é descrita por um dos 528 grupos de camadas magnéticas. Para determinar as propriedades físicas da camada, uma aproximação contínua é usada que leva a grupos de camadas semelhantes a pontos. Se a operação de tradução contínua é considerada como identidade , esses grupos se transformam em grupos de pontos magnéticos . Foi demonstrado que existem 125 desses grupos. Verificou-se que se um grupo de pontos magnéticos é piroelétrico e / ou piromagnético , a parede de domínio carrega polarização e / ou magnetização, respectivamente. Esses critérios foram derivados das condições de aparecimento da polarização uniforme e / ou magnetização . Após sua aplicação a qualquer região não homogênea, eles prevêem a existência de partes pares em funções da distribuição de parâmetros de ordem. A identificação das partes ímpares restantes dessas funções foi formulada com base em transformações de simetria que inter-relacionam domínios . A classificação de simetria das paredes do domínio magnético contém 64 grupos de pontos magnéticos .
As previsões baseadas em simetria da estrutura das paredes do domínio multiferróico foram comprovadas usando acoplamento fenomenológico via magnetização e / ou derivadas espaciais de polarização ( flexomagnetoelétricas ).
Representação de uma parede de domínio
Inclusões não magnéticas no volume de um material ferromagnético, ou deslocamentos na estrutura cristalográfica, podem causar "pinagem" das paredes do domínio (ver animação). Esses locais de fixação fazem com que a parede do domínio fique com um mínimo de energia local e um campo externo é necessário para "desafixar" a parede do domínio de sua posição fixada. O ato de desafixar causará movimento repentino da parede do domínio e mudança repentina do volume de ambos os domínios vizinhos; isso causa ruído de Barkhausen .
Tipos de paredes
Parede de bloch
Uma parede de Bloch é uma estreita região de transição na fronteira entre os domínios magnéticos , sobre a qual a magnetização muda de seu valor em um domínio para o próximo, em homenagem ao físico Felix Bloch . Em uma parede de domínio Bloch, a magnetização gira em torno da normal da parede de domínio (em outras palavras, a magnetização sempre aponta ao longo do plano da parede de domínio em um sistema 3D), em contraste com as paredes de domínio de Néel.
As paredes do domínio Bloch aparecem em materiais a granel, ou seja, quando os tamanhos do material magnético são consideravelmente maiores do que a largura da parede do domínio (de acordo com a definição de largura de Lilley). Neste caso, a energia do campo de desmagnetização não afeta a estrutura micromagnética da parede. Os casos mistos também são possíveis quando o campo de desmagnetização muda os domínios magnéticos ( direção da magnetização nos domínios), mas não as paredes do domínio.
Parede Néel
Uma parede de Néel é uma estreita região de transição entre domínios magnéticos , em homenagem ao físico francês Louis Néel . Na parede de Néel, a magnetização gira suavemente da direção da magnetização dentro do primeiro domínio para a direção da magnetização dentro do segundo. Em contraste com as paredes de Bloch, a magnetização gira em torno de uma linha que é ortogonal à normal da parede do domínio (em outras palavras, ela gira de forma que aponta para fora do plano da parede do domínio em um sistema 3D). Consiste em um núcleo com rotação variável rápida (onde a magnetização aponta quase ortogonal aos dois domínios) e duas caudas onde a rotação decai logaritmicamente. As paredes de Néel são o tipo de parede de domínio magnético comum em filmes muito finos, onde o comprimento de troca é muito grande em comparação com a espessura. As paredes de Néel se espalhariam por todo o volume se não fosse pela anisotropia magnética .
Veja também
Referências
links externos
- Ilustração de uma parede de Bloch e Néel
- Animação de transição de parede de Bloch
- Estabilidade 2-d da parede de Néel , Antonio DeSimone, Hans Knüpfer e Felix Otto em Cálculo de Variações e Equações Diferenciais Parciais , 2006