Để giải thích được sự thật là các vật liệu sắt từ với độ từ hóa tự phát có thể tồn tại ở trạng thái khử từ, Weiss đã đưa ra khái niệm các đômen từ. Weiss đã xây dựng trên cơ sở của cơng trình trước đó của Ampère, Weber và Ewing khi đưa ra sự tồn tại của chúng. Các kết quả tìm thấy của cơng trình này liên quan đến điều là bên trong một đômen một số lớn các đômen nguyên tử đã được định hướng là 1012 – 1018, vượt quá một khối lượng lớn hơn nhiều so với những dự đốn trước đó. Độ từ hóa bên trong đơmen đã được bão hịa và sẽ ln
nằm theo phương từ hóa dễ khi ở đó khơng có từ trường ngồi đặt vào. Phương của sự định hướng đômen ngang qua một khối lượng lớn vật liệu là ngẫu nhiên nhiều hay ít và vì vậy độ từ hóa của một mẫu là có thể bằng khơng.
Hình 3.9. Sự giảm năng lượng từ trường do phân bố của đômen từ
(a) Đơn đômen; (b) Hai đômen; (c) Bốn đơmen; (d) Các đơmen khép kín
Đơmen từ tồn tại nhằm giảm năng lượng của hệ. Một mẫu được từ hóa đồng nhất, như trên hình 3.9(a), có một năng lượng tĩnh từ lớn liên quan đến nó. Đó là hệ quả của sự có mặt của các cực từ tự do tại bề mặt của mẫu, khi phát sinh ra một trường khử từ, Hd. Từ quy ước được chấp nhận cho định nghĩa của đơmen từ cho một dipol từ thì độ từ hóa bên trong mẫu chỉ ra đi từ cực nam cho đến cực bắc, trong khi đó phương của từ trường chỉ ra là đi từ cực bắc đến cực nam. Vì vậy, trường khử từ theo phương ngược với sự từ hóa của mẫu. Độ lớn của Hd phụ thuộc vào dạng hình học và độ từ hóa của mẫu. Nói chung, nếu mẫu có tỷ lệ cao của độ dài trên đường kính (và được từ hóa theo trục dài) thì trường khử từ và năng lượng tĩnh từ sẽ thấp. Việc phân chia mẫu được từ hóa thành hai đômen như minh họa trên hình 2.9(b) đã làm giảm năng lượng tĩnh từ xuống còn một nửa. Trong thực tế, nếu nam châm được phân chia thành N đơmen thì năng lượng tĩnh từ sẽ được giảm đi N lần, vì vậy, hình 3.9(c) có ¼ năng lượng tĩnh từ của hình 3.9(a). Hình 3.9(d) chỉ ra cấu trúc đơmen kín, ở đó năng lượng tĩnh từ bằng không, song điều này chỉ có thể có được đối với các vật liệu mà khơng có một dị hướng từ đơn trục mạnh, và các đômen lân cận khơng phải bị từ hóa theo phương 180o đối với nhau. Việc đưa vào một đômen đã làm tăng năng lượng tổng cộng của hệ, vì vậy việc chia thành các đơmen chỉ tiếp tục khi việc giảm năng lượng tĩnh từ lớn hơn so với năng lượng địi hỏi để tạo ra vách đơmen.
Hình 3.10. Cấu trúc vật chất có từ tính
Năng lượng liên quan đến một vách đơmen tỷ lệ với diện tích của nó. Việc biểu diễn sơ đồ của vách đơmen được trên hình 3.11, chỉ ra rằng các mơmen dipol của các nguyên tử bên trong vách không nằm 180o đối với nhau và năng lượng trao đổi cũng tăng lên bên trong vách.
Vì vậy, năng lượng vách đơmen là một tính chất nội tại của một vật liệu phụ thuộc vào mức độ dị hướng từ tinh thể và cường độ của tương tác trao đổi giữa các nguyên tử lân cận. Độ dày của vách sẽ thay đổi tương quan đến các thơng số này, vì một dị hướng từ tinh thể mạnh sẽ phù hợp một vách hẹp, trong khi mà một tương tác trao đổi mạnh sẽ thích hợp với một vách rộng.
Hình 3.12. Đường sức từ của các dạng phân bố đômen từ
a) Mô tả năng lượng từ tối đa; (b) Mô tả năng lượng từ giảm; (c) Mô tả năng lượng
Vì vậy, một năng lượng cực tiểu có thể đạt được với một số riêng biệt các đômen bên trong một mẫu. Số các đômen sẽ phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của mẫu (nó sẽ ảnh hưởng lên năng lượng tĩnh từ) và tính chất từ nội tại của vật liệu (nó sẽ ảnh hưởng lên năng lượng tĩnh từ và năng lượng vách đômen).
Hình 3.13. Sơ đồ biểu diễn vách đơmen 180o