Vách đomen, độ dày vách đomen, dị hướng từ tinh thể
Nội dung 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể 6.7.3 Độ dày vách đomen 6.7 Đomen Nếu các vùng khác nhau của một hệ vĩ mô phá vỡ tính đối xứng theo các cách khác nhau, Khi đó mặt phân cách giữa các vùng có thể bị phá vỡ. Thông thường chúng ta chú ý vào các vách đomen, khuyết tật, xoáy, các lệch mạng và các điểm kì dị khác. Trong vật liệu sắt từ điểm kì dị quan trọng nhất là vách đomen. Weiss người đầu tiên đề xuất chất sắt từ chứa một số các vùng nhỏ được gọi là các đomen, bên trong mỗi vùng độ từ hóa đạt giá trị báo hòa. 6.7 Đomen Hướng của độ từ hóa của các đomen khác nhau không nhất thiết phải song song. Các đomen được ngăn cách bởi các vách đomen. Sự tồn tại của các đomen giải thích những quan sát lý thú, trong đó một số mẫu sắt từ có thể thu được độ từ hóa bão hòa trong toàn bộ mẫu (tương ứng với µ 0 M ~ 1T) khi đặt ở nhiệt độ phòng, bằng cách đặt vào một từ trường rất nhỏ ( cỡ 10 -6 T). 6.7 Đomen Như vậy trường đặt vào yếu sẽ có ảnh hưởng không đáng kể lên vật liệu thuận từ. Nếu χ ∼ 10 -3 cho một chất thuận từ riêng biệt, xem bảng 2.1, Khi đó một trường ngoài cỡ 10 -6 T sẽ tạo ra độ từ hóa của µ 0 M ∼ 10 -9 T. Ảnh hưởng lớn trong các mẫu sắt từ là vì trường đặt vào không phải sắp xếp các momen từ vĩ mô ( tất cả đã trật tự) nhưng chỉ đơn thuần do nguyên nhân các đomen sắp xếp thẳng hàng. 6.7 Đomen Nó có thể đạt được do sự dịch chuyển mạnh mẽ của các vách đômen. Trong cùng một mẫu sắt từ, nó có thể cho độ từ hóa bằng không khi không có từ trường ngoài. Đây cũng là một biểu hiện của các đomen; độ từ hóa là bão hòa bên trong mỗi đomen, nhưng các hướng từ hóa của mỗi đomen là khác nhau và do đó tổng độ từ hóa của mẫu là bằng không. 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen Khoảng giữa liền kề các đomen có một ranh giới được gọi là vách đomen. Các vách đomen đã được phân loại theo góc giữa độ từ hóa bên trong các đomen (xem hình 6.19). Vách đomen 180 o phân tách các đomen có độ từ hóa ngược nhau. Vách đomen 90 0 chia các đomen có độ từ hóa vuông góc nhau Hình 6.19 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen Hầu hết các loại vách 180 0 là vách Bloch (xem hình 6.20(a)) trong đó độ từ hóa quay trong một mặt phẳng song song với mặt phảng chứa vách đomen. Một dạng khác có thể là vách Néel (xem hình 6.20 (b)) trong đó độ từ hóa quay trong một mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng chứa vách đomen. Chúng ta hãy thử tính toán độ dày của vách trong một vách Bloch. Hình 6.20 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen Trong một mẫu sắt từ tốn một năng lượng để quay các spin lân cận. Hai spin, S 1 và S 2 , làm với nhau một góc θ (Hình 6.21) có một năng lượng -2JS 1 .S 2 = -2JS 2 cosθ. Nếu θ = 0, năng lượng của chúng là -2JS 2 . Vì vậy năng lượng tiêu tốn ứng với θ ≠ 0 là xấp xỉ bằng JS 2 θ 2 nếu θ << 1. θ Hình 6.21 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen Trong một vách Bloch, các spin quay qua N vị trí một góc π. (xem hình 6.20(a)). Vì vậy năng lượng tiêu tốn của một dãy spin là bằng N lần đóng góp của JS 2 θ 2 nơi mà θ = π/N, tức là JS 2 π 2 /N. Trong một vách Bloch chúng ta có các mặt phẳng của các spin (xem hình 6.20) và vì vậy chúng ta quan tâm đến Ϭ BW , năng lượng trên mỗi đơn vị diện tích của vách Bloch. 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen Trong một đơn vị diện tích của vách, có 1/a 2 các dãy spin giống nhau mà chúng ta tính được. Vì vậy (6.37) Ϭ BW → 0 khi N → ∞. Kết quả này dường như cho biết rằng nếu một vách đomen được hình thành nó sẽ quay lại ở chính nó, sự tăng dần kích thước xảy ra trong toàn bộ hệ thống. Điều này là do nó tốn năng lượng để quay các spin với nhau, và do đó tất cả chúng sẽ tháo ra trừ khi có một số tương tác khác dừng chúng lại. Các tương tác này là dị hướng từ tinh thể. 2 2 W 2 B JS Na π σ = [...]... mặt phẳng của màng 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể 6.7.3 Độ dày vách đomen Trong các đômen từ của sắt từ, độ từ hóa sẽ ưu tiên nằm theo phương dễ nhưng giữa các đômen, trong vách đômen độ từ hóa sẽ quay và một thành phần sẽ nằm dọc theo trục khó là phương sẽ tổn hao năng lượng 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể 6.7.3 Độ rộng vách đomen Nếu chúng ta giả sử công... 6.7.3 Độ dày vách đomen Điều này cho chúng ta những giá trị cần thiết ví chúng ta có hai số hạng, một số hạng tỉ lệ với 1/N (hướng tới sự quay trở lại vách và làm cho vách lớn hơn) và số hạng kia tỉ lệ với N (hướng tới cố định vách và làm cho vách nhỏ đi) Chúng ta tìm kiếm cấ hình cân bằng sử dụng dEBW/dN=0, điều này dẫn tới giá trị của N cho bởi N = π S 2 J / Ka 3 (6.43) 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2... 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể 6.7.3 Độ rộng vách đomen Vì thế độ dày vách Bloch là δ = Na = π S 2J Ka (6.44) trong đó a là hằng số mạng J lớn hơn làm cho vách dày hơn, K lớn hơn lại làm cho vách mỏng đi 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể 6.7.3 Độ dày vách đomen Năng lượng trên một đơn vị diện tích của vách đômen là σ BW 2 JK =πS a (6.45) Trong các số hạng của tham... phương Fe và Ni tương ứng có 6.7.1 Vách đomen K1= 4.8x104 Jm-3 và K1=-5.7x103 Jm-3 nhưng 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể nam châm vĩnh cửu đối xứng thấp Nd2Fe14B và mạng lục giác Co có K1= 5x105 Jm-3 Các vật liệu SmCo5 tương ứng có K1= 5x106 Jm-3 và 1.7x107 Jm-3 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể Một thừa số năng lượng bổ sung là do năng lượng khử từ gắn liền với hình dạng mẫu và được... đơn vị diện tích của vách khi đó có thể được viết lại là NKa/2 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể 6.7.3 Độ dày vách đomen Vậy năng lượng toàn phần trên một đơn vị diện tích của vách đômen, bao gồm sự đóng góp từ năng lượng trao đổi (phương trình 6.37) và sự đóng góp của năng lượng dị hướng (phương trình 6.41) là σBW π 2 NKa = JS + 2 Na 2 2 (6.42) 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị... hằng số dị hướng, khi đó chúng ta có thể dễ dàng tìm được biểu thức cho sự đóng góp năng lượng dị hướng từ vào vách Block Ta đặt K > 0 để các spin xếp thành hàng theo θ=0 hoặc θ = π 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể 6.7.3 Độ dày vách đomen Chúng ta thêm vào sự đóng góp của N spin và tính lại tổng bằng tích phân đơn giản (giới hạn liên tục) Do đó, sự đóng góp mật độ năng lượng là N... 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể Tinh thể có một trục dễ từ hóa và một trục khó từ hóa Theo các hướng chính của tinh thể học, ta dễ dàng từ hóa tinh thể, dọc theo các hướng khác ta khó từ hóa tinh thể (điều này được thấy trong các đơn tinh thể Fe, Co và Ni trong hình 6.22) Hình 6.22 Độ từ hóa trong Fe, Co và Ni cho trường ngoài chỉ ra tính dị hướng theo các hướng khác nhau 6.7 Đomen 6.7.1 Vách. .. E=K1sin2θ+K2sin4θ (6.38) trong đó K1 và K2 là hằng số dị hướng, θ là góc giữa độ từ hóa và hướng xếp chồng của các mặt phẳng lục giác xếp chặt Bởi vì các hằng số này là dương, năng lượng là cực tiểu khi độ từ hóa nằm dọc theo hướng xếp chồng Trong phương trình 6.38, E, K1 và K2 là các mật độ năng lượng (nghĩa là chúng được đo bằng Jm-3) Các hằng số dị hướng tìm thấy được là phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ 6.7 Đomen... hường từ tăng lên do tương tác 6.7.1 Vách đomen spin quỹ đạo và sự dập tắt một phần xung 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể nằm trong phạm vi từ 102- 10-7 Jm-3 Điều này lượng góc Năng lượng dị hướng từ thường ứng với năng lượng trên một nguyên tử trong phạm vi từ 10-8- 10-3 eV Năng lượng dị hướng từ lớn hơn trong mạng tinh thể (mạng của các ion từ) có tính đối xứng thấp và nhỏ đi trong mạng tinh thể có tính... lượng trên một đơn vị diện tích của vách đômen là σ BW 2 JK =πS a (6.45) Trong các số hạng của tham số A được định nghĩa trong phương trình 4.19 (cho tinh thể lập phương), chúng ta có độ dày vách đômen δ =π A K (6.46) và năng lượng trên một đơn vị diện tích là σ BW = π AK (6.47) THE END . Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể 6.7.3 Độ dày vách đomen Trong các đômen từ của sắt từ, độ từ hóa sẽ ưu tiên nằm theo phương dễ nhưng giữa các đômen, trong vách đômen độ từ. hướng từ vào vách Block. Ta đặt K > 0 để các spin xếp thành hàng theo θ=0 hoặc θ = π. 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen 6.7.2 Dị hướng từ tinh thể 6.7.3 Độ dày vách đomen Chúng ta thêm vào sự. 6.19). Vách đomen 180 o phân tách các đomen có độ từ hóa ngược nhau. Vách đomen 90 0 chia các đomen có độ từ hóa vuông góc nhau Hình 6.19 6.7 Đomen 6.7.1 Vách đomen Hầu hết các loại vách