Естественные науки

объяснение доменной структуры ферромагнетика

Да запросто.

1. Обменный интеграл взаимодействия электронов соседних атомов ферромагнетика положителен, что приводит к уменьшению суммарной энергии взаимодействия при параллельной ориентации проекций спина. Качественно это объясняется тем, что состояние с параллельными спинами, из-за принципа Паули (который приводит к расталкиванию электронов) , характеризуется меньшей энергией кулоновского взаимодействия электронов, в отличие от состояния с антипараллельными спинами. Это приводит к существованию намагниченности ферромагнетика.

2. Ферромагнетик мог бы состоять из одного большого домена, то есть, всегда быть намагниченным, а мог бы состоять из множества малых доменов, размеры которых равны 10^-12 - 10^-11 м. Но характерный размер доменов - 1 мкм. Это вызвано конкуренцией следующих двух факторов.
2.1. Энергия магнитного поля зависит от объёма, в котором это поле существует. При увеличении объёма домена, таким образом, всё больше силовых линий дипольного магнитного поля замыкаются на бесконечности; в результате, энергия магнитного поля растёт. Потому энергетически выгодно уменьшение размеров доменов - тогда силовые линии разных доменов будут замыкаться друг на друге. С уменьшением размеров доменов в кристалле, соответственно, количество доменов растет.
2.2. При увеличении количества доменов в кристалле растёт суммарная площадь их свободной поверхности. Свободная поверхность границ ферромагнитных доменов называется стенкой Блоха. Стенка Блоха, таким образом, является переходной областью между ферромагнитными доменами. Потому проекции спина на направление движения электронов в этой области есть промежуточными относительно характерных ориентаций проекции спина электронов, которые находятся в двух доменах. Чтобы проекция спина промежуточных электронов сохраняла такое промежуточное направление, нужно затратить определённую энергию. Суммарная поверхностная энергия стенок Блоха пропорциональна суммарной площади стенок Блоха. Потому энергетически выгодно увеличение размеров доменов.
Владимир Посёмин
Владимир Посёмин
3 059
Лучший ответ