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 genéricamente como solitones topológicos que ocurren siempre que una simetría discreta se rompe espontáneamente . [1]
En magnetismo , una pared de dominio es una interfaz que separa dominios magnéticos . Es una transición entre diferentes momentos magnéticos y suele sufrir un desplazamiento angular de 90° o 180°. Un muro de dominio es una reorientación gradual de momentos individuales a lo largo de una distancia finita. El espesor de la pared del dominio depende de la anisotropía del material, pero en promedio abarca entre 100 y 150 átomos.
La energía de un muro de dominio es simplemente la diferencia entre los momentos magnéticos antes y después de que se creara el muro de dominio. Este valor generalmente se expresa 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, hacen 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 totalmente independiente de la posición, pero las estructuras no son ideales y, por lo tanto, quedan atrapadas en sitios de inclusión dentro del medio, lo que también se conoce como defectos cristalográficos . Estos incluyen átomos, óxidos, aislantes e incluso tensiones faltantes o diferentes (extraños) dentro del cristal. Esto previene 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.
Tenga en cuenta que las paredes del dominio magnético son soluciones exactas de las ecuaciones no lineales clásicas de los imanes ( modelo de Landau-Lifshitz , ecuación de Schrödinger no lineal , etc.).
Dado que las paredes de los dominios pueden considerarse 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 la operación de traducción continua se considera identidad , estos grupos se transforman en grupos de puntos magnéticos . Se demostró [5] que existen 125 grupos de este tipo. Se descubrió que si un grupo de puntos magnéticos es piroeléctrico y/o piromagnético, entonces la pared del dominio porta 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] basándose en transformaciones de simetría que interrelacionan dominios . La clasificación de simetría de las paredes del dominio magnético contiene 64 grupos de puntos magnéticos . [12]
Las predicciones basadas en simetría de la estructura de las paredes del dominio multiferroico se han demostrado utilizando el acoplamiento fenomenológico mediante magnetización [13] y/o polarización [14] derivados espaciales (flexomagnetoeléctricos). [15]
Las inclusiones no magnéticas en el volumen de un material ferromagnético o las dislocaciones en la estructura cristalográfica pueden causar "fijación" de las paredes del dominio (ver animación). Dichos sitios de fijación hacen que la pared del dominio se asiente en un mínimo de energía local y se requiere un campo externo para "liberar" la pared del dominio de su posición fijada. El acto de desanclar provocará un movimiento repentino de la pared del dominio y un cambio repentino del volumen de ambos dominios vecinos; Esto provoca el ruido de Barkhausen .
Una pared de Bloch es una estrecha región de transición en el límite entre dominios magnéticos , sobre la cual la magnetización cambia de su valor en un dominio al siguiente, y lleva el nombre del 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 del dominio en un sistema 3D, a diferencia de las paredes del dominio de Néel.
Las paredes del dominio Bloch aparecen en materiales a granel, es decir, cuando los tamaños del material magnético son considerablemente mayores que el ancho de la pared del dominio (de acuerdo con la definición de ancho de Lilley [16] ). En este caso, la energía del campo de desmagnetización no impacta 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 del dominio. [17]
Una pared de Néel es una estrecha región de transición entre dominios magnéticos , que lleva el nombre del físico francés Louis Néel . En la pared de Néel, la magnetización gira suavemente desde la dirección de magnetización dentro del primer dominio hasta la dirección de magnetización dentro del segundo. A diferencia de las paredes de Bloch, la magnetización gira alrededor de una línea ortogonal a la normal de la pared del dominio. En otras palabras, gira de manera que apunte fuera del plano de la pared del dominio en un sistema 3D. Consiste en un núcleo con rotación rápidamente variable, 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 de pared de dominio magnético común 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.
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