МАГНИ́ТНАЯ ДОМЕ́ННАЯ СТРУКТУ́РА

МАГНИ́ТНАЯ ДОМЕ́ННАЯ СТРУКТУ́РА, со­во­куп­ность мак­ро­ско­пич. об­лас­тей (до­ме­нов) маг­ни­то­упо­ря­до­чен­но­го ве­ще­ст­ва, раз­ли­чаю­щих­ся, в за­ви­си­мо­сти от кон­крет­но­го ти­па маг­нит­но­го упо­ря­до­че­ния, на­прав­ле­ния­ми век­то­ров на­маг­ни­чен­но­сти $\boldsymbol M$, ан­ти­фер­ро­маг­не­тиз­ма $\boldsymbol L$ или на­прав­ле­ния­ми и $\boldsymbol M$, и $\boldsymbol L$ од­но­вре­мен­но, а так­же раз­ме­ром, фор­мой и др. осо­бенно­стя­ми, свя­зан­ны­ми, в ча­ст­но­сти, с крис­тал­ло­гра­фич. струк­ту­рой об­раз­ца и гео­мет­ри­ей его по­верх­но­сти.

М. д. с. су­ще­ст­ву­ет при темп-рах ни­же темп-ры маг­нит­но­го фа­зо­во­го пе­ре­хо­да в маг­ни­то­упо­ря­до­чен­ное со­стоя­ние и в оп­ре­де­лён­ных ин­тер­ва­лах зна­че­ний на­пря­жён­но­сти внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля. Рав­но­вес­ная М. д. с. оп­ре­де­ля­ет­ся ми­ни­му­мом пол­ной энер­гии маг­не­ти­ка, вклю­чаю­щей энер­гию об­мен­но­го взаи­мо­дей­ст­вия, маг­нит­ной ани­зо­тро­пии, маг­ни­то­ста­ти­че­скую и маг­ни­то­уп­ру­гую энер­гии. На тип М. д. с. важ­ное влия­ние ока­зы­ва­ют осо­бен­но­сти маг­нит­ной ани­зо­тро­пии (чис­ло осей лёг­ко­го на­маг­ни­чи­ва­ния), ори­ен­та­ция ог­ра­ни­чи­ваю­щих крис­талл по­верх­но­стей от­но­си­тель­но крис­тал­ло­гра­фич. осей, фор­ма и раз­ме­ры об­раз­ца, а так­же разл. де­фек­ты (маг­нит­ные и не­маг­нит­ные вклю­че­ния, де­фек­ты упа­ков­ки, дис­ло­ка­ции и др.).

Рис. 1. Простейшая магнитная доменная структура в тонкой плёнке с одной осью лёгкого намагничивания; векторы намагниченности доменов (стрелки) параллельны оси лёгкого намагничивания.

Рис. 2. Лабиринтная магнитная доменная структура на поверхности пластины, перпендикулярной оси лёгкого намагничивания.

Рис. 3. Магнитная доменная структура с полностью замкнутым магнитным потоком в пластине с тремя взаимно перпендикулярными осями лёгкого намагничивания, параллельными граням пластины.

Наи­бо­лее изу­че­на М. д. с. в фер­ро­маг­не­ти­ках (см. Фер­ро­маг­не­тизм). Пред­став­ле­ние о маг­нит­ных до­ме­нах в фер­ро­маг­не­ти­ках вве­де­но П. Вей­сом в 1907. По­яв­ле­ние М. д. с. в фер­ро­маг­не­ти­ке при­во­дит к умень­ше­нию его маг­ни­то­ста­тич. энер­гии, что свя­за­но с дроб­ле­ни­ем маг­ни­то­ста­тич. по­лю­сов на по­верх­но­стях об­раз­ца, а ино­гда и c пол­ным за­мы­ка­ни­ем маг­нит­но­го по­то­ка внут­ри фер­ро­маг­не­ти­ка. М. д. с. воз­ни­ка­ет лишь в тех слу­ча­ях, ко­гда энер­гия, за­тра­чи­вае­мая на её об­ра­зо­ва­ние, мень­ше убы­ли маг­ни­то­ста­тич. энер­гии. В кри­стал­лах ма­лых раз­ме­ров, мень­ших раз­ме­ра од­но­до­мен­но­сти $r_c$, реа­ли­зу­ет­ся од­но­до­мен­ное со­стоя­ние (см. Од­но­до­мен­ные час­ти­цы). На рас­стоя­ни­ях $r ⩽ r_c$ ко­рот­ко­дей­ст­вую­щее об­мен­ное взаи­мо­дей­ст­вие иг­ра­ет бо­лее важ­ную роль, чем даль­но­дей­ст­вую­щее маг­ни­то­ста­ти­че­ское. C этим свя­за­на не­воз­мож­ность об­ра­зо­ва­ния М. д. с. в кри­стал­лах раз­ме­ра­ми $r \lt r_c$. Обыч­но до­ме­ны в фер­ро­маг­не­ти­ках име­ют раз­ме­ры 10^-4–10^-2  см. Ти­пич­ные М. д. с. маг­нит­но­од­но­ос­ных и маг­нит­нот­рё­хос­ных фер­ро­маг­не­ти­ков при­ве­де­ны на рис. 1–4.

Рис. 4. Магнитная доменная структура в виде «ёлочек» на поверхности пластины кремнистого железа, наклонённой под малым углом к поверхности (100).

На М. д. с. в фер­ро­маг­не­ти­ках боль­шое влия­ние ока­зы­ва­ют внеш­ние воз­дей­ст­вия: из­ме­не­ние темп-ры, уп­ру­гие на­пря­же­ния и, что осо­бен­но важ­но для прак­тич. при­ло­же­ний, по­сто­ян­ные и пе­ре­мен­ные маг­нит­ные по­ля. На­грев и по­сле­дую­щее ох­ла­ж­де­ние об­раз­цов (оп­ре­де­лён­ные ре­жи­мы для раз­ных маг­нит­ных ма­те­риа­лов) мо­гут при­во­дить к из­ме­не­нию их кри­стал­лич. струк­ту­ры, а сле­до­ва­тель­но, и к из­ме­не­нию маг­нит­ной до­мен­ной струк­ту­ры.

В от­ли­чие от фер­ро­маг­не­ти­ков, в фер­ри­маг­не­ти­ках и ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ках (см. Фер­ри­маг­не­тизм, Ан­ти­фер­ро­маг­не­тизм) су­ще­ст­ву­ет неск. маг­нит­ных под­ре­шё­ток, что вно­сит свое­об­ра­зие в их М. д. с. В фер­ри­маг­не­ти­ках из-за на­ли­чия об­мен­но­го взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду под­ре­шёт­ка­ми ре­зуль­ти­рую­щая на­маг­ни­чен­ность прак­ти­че­ски не ме­ня­ет­ся в маг­нит­ных по­лях на­пря­жён­но­стью до 10–100 кЭ. В свя­зи с этим маг­нит­ные свой­ст­ва фер­ри­маг­не­ти­ков, в ча­ст­но­сти об­ра­зо­ва­ние М. д. с., ока­зы­ва­ют­ся обыч­но иден­тич­ны­ми свой­ст­вам фер­ро­маг­не­ти­ков. В силь­ных маг­нит­ных по­лях (по­ряд­ка 100 кЭ) ори­ен­та­ция на­маг­ни­чен­но­стей под­ре­шё­ток $\boldsymbol M_i$ от­но­си­тель­но друг дру­га мо­жет из­ме­нить­ся: напр., кол­ли­не­ар­ное по­ло­же­ние $\boldsymbol M_i$ мо­жет стать не­кол­ли­не­ар­ным. В та­кой си­туа­ции мо­жет воз­ник­нуть т. н. вы­со­ко­по­ле­вая маг­нит­ная до­мен­ная струк­ту­ра.

В ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ках вслед­ст­вие того, что $\boldsymbol M=\sum_i \boldsymbol M_i=0$, на по­верх­но­стях нет маг­ни­то­ста­тич. по­лю­сов. Тем не ме­нее М. д. с. в них су­ще­ст­ву­ет. Смеж­ные до­ме­ны в ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ках мо­гут от­ли­чать­ся на­прав­ле­ни­ем век­то­ра ан­ти­фер­ро­маг­не­тиз­ма $\boldsymbol L$ (т. н. $S$-до­ме­ны), а так­же на­прав­ле­ни­ем $\boldsymbol L$ и од­ной из гл. осей тен­зо­ра де­фор­ма­ции ($T$-до­ме­ны, или двой­ни­ко­вые до­ме­ны). Де­фор­ма­ция ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ка, при­во­дя­щая к об­ра­зо­ва­нию двой­ни­ко­вой М. д. с., воз­ни­ка­ет при темп-рах ни­же Не­еля точ­ки $T_N$. При­чи­ны об­ра­зо­ва­ния М. д. с. в ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ках до кон­ца не вы­яс­не­ны. Од­на из при­чин со­сто­ит, по-ви­ди­мо­му, в по­яв­ле­нии и раз­рас­та­нии при $T\lt T_N$ за­ро­ды­шей ан­ти­фер­ро­маг­нит­ной фа­зы со слу­чай­ны­ми на­прав­ле­ния­ми $\boldsymbol L$.

В ан­ти­фер­ро­маг­не­ти­ках со сла­бым фер­ро­маг­не­тиз­мом до­ме­ны мо­гут от­ли­чать­ся ори­ен­та­ци­ей век­то­ров $\boldsymbol L$ и $\boldsymbol M$, при­чём воз­мож­ны две си­туа­ции. В пер­вой из них пе­ре­ход от до­ме­на к до­ме­ну осу­ще­ст­в­ля­ет­ся пу­тём по­во­ро­та $\boldsymbol L$ и $\boldsymbol M$. Та­кие струк­ту­ры реа­ли­зу­ют­ся, напр., в α-Fe₂O₃. Во вто­ром слу­чае про­ис­хо­дит по­во­рот век­то­ра $\boldsymbol L$ и по­сте­пен­ное из­ме­не­ние ве­ли­чи­ны $\boldsymbol M$ на уча­ст­ке ме­ж­ду со­сед­ни­ми до­ме­на­ми (напр., в YFeO₃).

М. д. с. экс­пе­ри­мен­таль­но на­блю­да­ют с по­мо­щью ме­то­да маг­нит­ной сус­пен­зии; ме­то­дов, ос­но­ван­ных на Кер­ра эф­фек­те и Фа­ра­дея эф­фек­те; элек­трон­но-мик­ро­ско­пич. ме­то­дов; ме­то­да маг­нит­ной ней­тро­но­гра­фии и др.