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Una pared 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]

Magnetismo

Muro de dominio (B) con reorientación gradual de los momentos magnéticos entre dos dominios de 180 grados (A) y (C)
(Se presenta un muro de Néel, no de Bloch, ver más abajo)

En el magnetismo , una pared de dominio es una interfaz que separa los 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 se extiende entre 100 y 150 átomos.

La energía de una pared de dominio es simplemente la diferencia entre los momentos magnéticos antes y después de la creación de la pared 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 (), ambos tienden a ser tan bajos como sea 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 se alinean 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 los 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.

Tenga 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 de Schrödinger no lineal , etc.).

Simetría de muros de dominio multiferroico

Dado que las paredes de dominio se pueden considerar 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 en forma de puntos. [4] Si la operación de traducción continua se considera como identidad , estos grupos se transforman en grupos de puntos magnéticos . Se demostró [5] que existen 125 grupos de este tipo. Se encontró que si un grupo de puntos magnéticos es piroeléctrico y / o piromagnético, entonces la pared del 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] 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]

Representación esquemática del desanclado del muro de dominio

Las predicciones basadas en simetría de la estructura de las paredes del dominio multiferroico han sido probadas usando el acoplamiento fenomenológico vía magnetización [13] y / o polarización [14] derivadas espaciales ( flexomagnetoeléctrica ). [15]

Definición de un muro de dominio

Las inclusiones no magnéticas en el volumen de un material ferromagnético, o las dislocaciones en la estructura cristalográfica, pueden causar "pinchazos" de las paredes del dominio (ver animación). Dichos sitios de fijación hacen que la pared de dominio se asiente en un mínimo de energía local y se requiere un campo externo para "desanclar" la pared de dominio de su posición fija. 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 .

Tipos de muros

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 siguiente, que 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 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 (de acuerdo con la definición de ancho de Lilley [16] ). En este caso, la energía del campo de desmagnetización no impacta en la estructura micromagnética de la pared. Los casos mixtos también son posibles cuando el campo de desmagnetización cambia los dominios magnéticos ( dirección de magnetización en los dominios) pero no las paredes del dominio. [17]

Muro de Néel

Un muro de Néel es una estrecha región de transición entre dominios magnéticos , que lleva el nombre del físico francés Louis Néel . En el muro de Néel, la magnetizacióngira 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 fuera del plano de la pared del dominio en un sistema 3D). Consiste en un núcleo con rotación variable rápida (donde la magnetización apunta casi ortogonal 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. Las paredes de Néel se extenderían por todo el volumen si no fuera por la anisotropía magnética .

Ver también

  • Ferromagnetismo
  • Fijación de flujo
  • Teoría de Ginzburg-Landau
  • Dominio magnético
  • Quantum de flujo magnético
  • Vórtice cuántico
  • Defecto topológico

Referencias

  1. ^ S. Weinberg, La teoría cuántica de campos , vol. 2. Capítulo 23, Cambridge University Press (1995).
  2. ^ NN Neronova; NV Belov (1961). "Mosaicos de color antisimetría". 6 . Física soviética - Cristalografía: 672–678. Cite journal requires |journal= (help)
  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. Código bibliográfico : 1993JMP .... 34.1548K . doi : 10.1063 / 1.530173 . ISSN 0022-2488 . 
  5. ↑ Přívratská, J .; Shaparenko, B .; Janovec, V .; Litvin, DB (2010). "Simetrías de grupo de puntos magnéticos de paredes de dominio espontáneamente polarizadas y / o magnetizadas". Ferroeléctricos . 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 dominio no ferroelástico: predicciones de simetría". Ferroeléctricos . 222 (1): 23–32. doi : 10.1080 / 00150199908014794 . ISSN 0015-0193 . 
  7. ^ Walker, MB; Gooding, RJ (1985). "Propiedades de los muros del dominio gemelo Dauphiné en cuarzo y berlinita". Physical Review B . 32 (11): 7408–7411. Código Bibliográfico : 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, Nonlinear Coherent Structures, en: M. Barthes y J. LCon (Eds.), Springer-Verlag, Berlín, 1989, p. 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) . Cartas JETP . 37 (12): 673–675.
  12. ^ Tanygin, BM; Tychko, OV (2009). "Simetría magnética de las paredes de dominio llano en ferro y ferrimagnets". Physica B: Materia condensada . 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 flexomagnetoeléctricas". 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 el defecto en material multiferroico: predicción de simetría". Serie de conferencias IOP: Ciencia e ingeniería de materiales . 15 (1): 012073. arXiv : 1007.3531 . Código Bibliográfico : 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 multiferroics". El Diario Europea de Física B . 71 (3): 419–427. Código Bibliográfico : 2009EPJB ... 71..419P . doi : 10.1140 / epjb / e2009-00281-5 . ISSN 1434-6028 . S2CID 122234441 .  
  16. ^ Lilley, BA (2010). "LXXI. Energías y anchos de límites de dominio en ferromagnéticos". The London, Edinburgh y Dublin Philosophical Magazine y Journal of Science . 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 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 .  

Enlaces externos

  • Ilustración de un muro de Bloch y Néel
  • Animación de transición de pared de Bloch
  • Estabilidad bidimensional del muro de Néel , Antonio DeSimone, Hans Knüpfer y Felix Otto en Cálculo de variaciones y ecuaciones diferenciales parciales , 2006