Магнитные домены
Магни́тные доме́ны, макроскопические области магнитно-упорядоченного вещества, различающиеся в зависимости от конкретного типа магнитного упорядочения направлением намагниченности M, вектора антиферромагнетизма L (или направлением L и M одновременно), а также размером, формой и другими особенностями, связанными, в частности, с кристаллической структурой образца и его формой. Ориентация М (или L) в одном из возможных направлений в каждом домене соответствует минимуму энергии магнитной анизотропии, а в общем случае и энергии намагниченности во внешнем магнитном, магнитостатическом и упругом полях. Представление о доменах в ферромагнетиках впервые введено П. Вейсом (1907), а в антиферромагнетиках – Л. Неелем (1948).
Домены могут иметь форму полос, сот, цилиндров, колец, спиралей и т. п.; их размеры колеблются от 1 мкм в тонких плёнках до нескольких миллиметров (по ширине) в массивных образцах.
В ферромагнитных образцах, размеры которых больше размера однодоменности, при отсутствии внешнего магнитного поля и температуре ниже ТC (точки Кюри) минимуму энергии кристалла отвечает неоднородное магнитное состояние в виде совокупности большого числа доменов с различными направлениями намагниченности М. Такая доменная структура формируется в соответствии с имеющимися в ферромагнетике взаимодействиями. Общая причина её возникновения связана с уменьшением полной энергии образца благодаря уменьшению магнитостатической энергии за счёт дробления магнитных полюсов на поверхностях образца (Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц, 1935).
Возникновение антиферромагнитных доменов при температурах ниже ТN (точки Нееля), как правило, не отвечает минимуму энергии и связано с тем, что фазовый переход в антиферромагнитное состояние происходит независимо в разных областях неоднородного образца, так что направление L в этих областях оказывается различным. Антиферромагнитные домены могут быть термодинамически выгодными в области промежуточного состояния магнитно-упорядоченного вещества. Антиферромагнитные домены отличаются или только направлением L (S-домены), или одновременно направлениями L и оси растяжения (Т-домены).
Векторы М соседних ферромагнитных доменов могут быть направлены по отношению друг к другу под углами 71° и 109° (Ni), а также 90° (Fe) и 180° (Co, Fe, Ni). В соседних антиферромагнитных доменах векторы L могут составлять друг с другом углы 90° и 180° (NiF2) или 60°, 120° и 180° (α-Fe2O3).
Между доменами существует переходный слой, называемый доменной стенкой. Толщина доменной стенки δ0 определяется конкуренцией неоднородного обменного взаимодействия, которое стремится увеличить δ0, и магнитной анизотропии, стремящейся уменьшить δ0: δ0∼(А/K) 1/2 , где А и K – константы обменной энергии и энергии анизотропии. У типичных ферромагнитных материалов обменная энергия значительно превосходит энергию магнитной анизотропии и δ0 составляет десятки и сотни межатомных расстояний. Доменная стенка обладает поверхностной энергией σ∼ (АK)1/2.
Магнитные домены наблюдают с помощью магнитных порошков и суспензий, а также магнитооптическими методами, методами электронной микроскопии и др.