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Muro de dominio (magnetismo)

Un muro de dominio es un término utilizado en física que puede tener significados similares en magnetismo , óptica o teoría de cuerdas . Todos estos fenómenos pueden describirse de manera genérica como solitones topológicos que ocurren siempre que una simetría discreta se rompe espontáneamente . [1]

Magnetismo

Pared de dominio (B) con reorientación gradual de los momentos magnéticos entre dos dominios de 180 grados (A) y (C)
(se presenta una pared de Néel, y no de Bloch, véase más abajo)

En magnetismo , una pared de dominio es una interfaz que separa los dominios magnéticos . Es una transición entre diferentes momentos magnéticos y, por lo general, sufre un desplazamiento angular de 90° o 180°. Una pared de dominio es una reorientación gradual de los momentos individuales a lo largo de una distancia finita. El espesor de la pared de dominio depende de la anisotropía del material, pero, en promedio, abarca alrededor de 100 a 150 átomos.

La energía de una pared de dominio es simplemente la diferencia entre los momentos magnéticos antes y después de que se creara la pared de dominio. Este valor se expresa generalmente como energía por unidad de área de pared.

El ancho de la pared del dominio varía debido a las dos energías opuestas que la crean: la energía de anisotropía magnetocristalina y la energía de intercambio ( ), las cuales tienden a ser lo más bajas posible para estar en un estado energético más favorable. La energía de anisotropía es más baja cuando los momentos magnéticos individuales están alineados con los ejes de la red cristalina, reduciendo así el ancho de la pared del dominio. Por el contrario, la energía de intercambio se reduce cuando los momentos magnéticos están alineados paralelos entre sí y, por lo tanto, hace que la pared sea más gruesa, debido a la repulsión entre ellos (donde la alineación antiparalela los acercaría, trabajando para reducir el espesor de la pared). Al final, se alcanza un equilibrio entre los dos y el ancho de la pared del dominio se establece como tal.

Una pared de dominio ideal sería completamente independiente de la posición, pero las estructuras no son ideales y, por lo tanto, se atascan en sitios de inclusión dentro del medio, también conocidos como defectos cristalográficos . Estos incluyen átomos faltantes o diferentes (extraños), óxidos, aislantes e incluso tensiones dentro del cristal. Esto evita la formación de paredes de dominio y también inhibe su propagación a través del medio. Por lo tanto, se requiere un mayor campo magnético aplicado para superar estos sitios.

Téngase en cuenta que las paredes del dominio magnético son soluciones exactas a las ecuaciones no lineales clásicas de los imanes ( modelo de Landau-Lifshitz , ecuación no lineal de Schrödinger , etc.).

Simetría de las paredes del dominio multiferroico

Dado que las paredes de dominio pueden considerarse como capas delgadas, su simetría se describe mediante uno de los 528 grupos de capas magnéticas. [2] [3] Para determinar las propiedades físicas de la capa, se utiliza una aproximación continua que conduce a grupos de capas puntuales. [4] Si se considera la operación de traslación continua como identidad , estos grupos se transforman en grupos puntuales magnéticos . Se demostró [5] que hay 125 grupos de este tipo. Se encontró que si un grupo puntual magnético es piroeléctrico y/o piromagnético, entonces la pared de dominio lleva polarización y/o magnetización respectivamente. [6] Estos criterios se derivaron de las condiciones de aparición de la polarización uniforme [7] [8] y/o magnetización . [9] [10] Después de su aplicación a cualquier región no homogénea, predicen la existencia de partes pares en funciones de la distribución de parámetros de orden. La identificación de las partes impares restantes de estas funciones se formuló [11] con base en transformaciones de simetría que interrelacionan dominios . La clasificación de simetría de las paredes del dominio magnético contiene 64 grupos de puntos magnéticos . [12]

Representación esquemática del desbloqueo del muro de dominio

Se han demostrado predicciones basadas en simetría de la estructura de las paredes del dominio multiferroico utilizando acoplamiento fenomenológico a través de derivadas espaciales de magnetización [13] y/o polarización [14] (flexomagnetoeléctricas). [15]

Desanclaje de un muro de dominio

Las inclusiones no magnéticas en el volumen de un material ferromagnético o las dislocaciones en la estructura cristalográfica pueden provocar el "fijamiento" de las paredes del dominio (ver animación). Estos sitios de fijación hacen que la pared del dominio se asiente en un mínimo de energía local y se requiere un campo externo para "desfijar" la pared del dominio de su posición fija. El acto de desfijación provocará un movimiento repentino de la pared del dominio y un cambio repentino del volumen de ambos dominios vecinos; esto causa el ruido de Barkhausen .

Tipos de paredes

Muro de Bloch

Una pared de Bloch es una región de transición estrecha en el límite entre dominios magnéticos , sobre la cual la magnetización cambia de su valor en un dominio al del siguiente, llamada así en honor al físico Felix Bloch . En una pared de dominio de Bloch, la magnetización gira alrededor de la normal de la pared de dominio. En otras palabras, la magnetización siempre apunta a lo largo del plano de la pared de dominio en un sistema 3D, en contraste con las paredes de dominio de Néel.

Las paredes de dominio de Bloch aparecen en materiales a granel, es decir, cuando los tamaños de material magnético son considerablemente mayores que el ancho de la pared de dominio (según la definición de ancho de Lilley [16] ). En este caso, la energía del campo de desmagnetización no afecta la estructura micromagnética de la pared. También son posibles casos mixtos cuando el campo de desmagnetización cambia los dominios magnéticos ( dirección de magnetización en los dominios) pero no las paredes de dominio. [17]

Muro de Néel

Una pared de Néel es una región de transición estrecha entre dominios magnéticos , llamada así por el físico francés Louis Néel . En la pared de Néel, la magnetización gira suavemente desde la dirección de magnetización dentro del primer dominio a la dirección de magnetización dentro del segundo. A diferencia de las paredes de Bloch, la magnetización gira alrededor de una línea que es ortogonal a la normal de la pared del dominio. En otras palabras, gira de manera que apunta hacia afuera del plano de la pared del dominio en un sistema 3D. Consiste en un núcleo con rotación que varía rápidamente, donde los puntos de magnetización son casi ortogonales a los dos dominios, y dos colas donde la rotación decae logarítmicamente. Las paredes de Néel son el tipo común de pared de dominio magnético en películas muy delgadas, donde la longitud de intercambio es muy grande en comparación con el espesor. Sin anisotropía magnética, las paredes de Néel se extenderían por todo el volumen.

Véase también

Referencias

  1. ^ S. Weinberg, La teoría cuántica de campos , vol. 2, cap. 23, Cambridge University Press (1995).
  2. ^ NN Neronova; NV Belov (1961). "Mosaicos de antisimetría de color". 6 . Física soviética - Cristalografía: 672–678. {{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )
  3. ^ Litvin, Daniel B. (1999). "Grupos subperiódicos magnéticos". Acta Crystallographica Sección A . 55 (5): 963–964. doi :10.1107/S0108767399003487. ISSN  0108-7673. PMID  10927306.
  4. ^ Kopský, Vojtěch (1993). "Normalizadores de traducción de grupos euclidianos. I. Teoría elemental". Revista de Física Matemática . 34 (4): 1548–1556. Bibcode :1993JMP....34.1548K. doi :10.1063/1.530173. ISSN  0022-2488.
  5. ^ Přívratská, J.; Shaparenko, B.; Janovec, V.; Litvin, DB (2010). "Simetrías de grupos puntuales magnéticos de paredes de dominio espontáneamente polarizadas y/o magnetizadas". Ferroelectrics . 269 (1): 39–44. doi :10.1080/713716033. ISSN  0015-0193. S2CID  202113942.
  6. ^ Přívratská, J.; Janovec, V. (1999). "Polarización espontánea y/o magnetización en paredes de dominios no ferroelásticos: predicciones de simetría". Ferroelectrics . 222 (1): 23–32. doi :10.1080/00150199908014794. ISSN  0015-0193.
  7. ^ Walker, MB; Gooding, RJ (1985). "Propiedades de las paredes de dominio maclado de Dauphiné en cuarzo y berlinita". Physical Review B . 32 (11): 7408–7411. Bibcode :1985PhRvB..32.7408W. doi :10.1103/PhysRevB.32.7408. ISSN  0163-1829. PMID  9936884.
  8. ^ P. Saint-Grkgoire y V. Janovec, en Lecture Notes on Physics 353, Estructuras coherentes no lineales, en: M. Barthes y J. LCon (Eds.), Springer-Verlag, Berlín, 1989, pág. 117.
  9. ^ L. Shuvalov, Sov. Phys. Crystallogr. 4 (1959) 399
  10. ^ L. Shuvalov, Cristalografía moderna IV: Propiedades físicas de los cristales, Springer, Berlín, 1988
  11. ^ VG Bar'yakhtar; VA L'vov; DA Yablonskiy (1983). "Efecto magnetoeléctrico no homogéneo" (PDF) . JETP Letters . 37 (12): 673–675. Archivado desde el original (PDF) el 2017-07-12 . Consultado el 2019-04-14 .
  12. ^ Tanygin, BM; Tychko, OV (2009). "Simetría magnética de las paredes de dominio plano en ferromagnéticos y ferrimagnéticos". Physica B: Condensed Matter . 404 (21): 4018–4022. arXiv : 1209.0003 . Código Bibliográfico :2009PhyB..404.4018T. doi :10.1016/j.physb.2009.07.150. ISSN  0921-4526. S2CID  118373839.
  13. ^ Tanygin, BM (2011). "Sobre la energía libre de las interacciones flexomagnéticas". Revista de magnetismo y materiales magnéticos . 323 (14): 1899–1902. arXiv : 1105.5300 . Código Bibliográfico :2011JMMM..323.1899T. doi :10.1016/j.jmmm.2011.02.035. ISSN  0304-8853. S2CID  119225609.
  14. ^ Tanygin, B (2010). "Efecto magnetoeléctrico no homogéneo sobre defectos en material multiferroico: predicción de simetría". Serie de conferencias IOP: Ciencia e ingeniería de materiales . 15 (1): 012073. arXiv : 1007.3531 . Bibcode :2010MS&E...15a2073T. doi :10.1088/1757-899X/15/1/012073. ISSN  1757-899X. S2CID  119234063.
  15. ^ Pyatakov, AP; Zvezdin, AK (2009). "Interacción flexomagnetoeléctrica en multiferroicos". The European Physical Journal B . 71 (3): 419–427. Bibcode :2009EPJB...71..419P. doi :10.1140/epjb/e2009-00281-5. ISSN  1434-6028. S2CID  122234441.
  16. ^ Lilley, BA (2010). "LXXI. Energías y anchos de los límites de dominio en ferromagnetismo". Revista filosófica y revista científica de Londres, Edimburgo y Dublín . 41 (319): 792–813. doi :10.1080/14786445008561011. ISSN  1941-5982.
  17. ^ D'yachenko, SA; Kovalenko, VF; Tanygin, BN; Tychko, AV (2011). "Influencia del campo desmagnetizante en la estructura de una pared de Bloch en una placa (001) de un cristal cúbico ordenado magnéticamente". Física del estado sólido . 50 (1): 32–42. doi :10.1134/S1063783408010083. ISSN  1063-7834. S2CID  123608666.

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