hvorfor domæner dannedit
grunden til, at et stykke magnetisk materiale i materiale som jern opdeles spontant i separate domæner, snarere end at eksistere i en tilstand med magnetisering i samme retning i hele materialet, er at minimere dets indre energi. En stor region af ferromagnetisk materiale med en konstant magnetisering overalt vil skabe et stort magnetfelt, der strækker sig ind i rummet uden for sig selv (diagram a, højre). Dette kræver en masse magnetostatisk energi lagret i marken. For at reducere denne energi kan prøven opdeles i to domæner med magnetiseringen i modsatte retninger i hvert domæne (diagram B til højre). Magnetfeltlinjerne passerer i sløjfer i modsatte retninger gennem hvert domæne, hvilket reducerer feltet uden for materialet. For at reducere feltenergien yderligere kan hvert af disse domæner også opdeles, hvilket resulterer i mindre parallelle domæner med magnetisering i skiftende retninger med mindre mængder felt uden for materialet.
domænestrukturen for faktiske magnetiske materialer dannes normalt ikke ved processen med store domæner, der opdeles i mindre som beskrevet her. Når en prøve afkøles under Curie-temperaturen, vises for eksempel ligevægtsdomænekonfigurationen simpelthen. Men domæner kan opdele, og beskrivelsen af domæner opdeling bruges ofte til at afsløre energi afvejninger i domænedannelse.
størrelse på domæneredit
som forklaret ovenfor er et domæne, der er for stort, ustabilt og opdeles i mindre domæner. Men et lille nok domæne vil være stabilt og opdeles ikke, Og dette bestemmer størrelsen på de domæner, der er oprettet i et materiale. Denne størrelse afhænger af balancen mellem flere energier i materialet. Hver gang et magnetiseringsområde opdeles i to domæner, skaber det en domænevæg mellem domænerne, hvor magnetiske dipoler (molekyler) med magnetisering, der peger i forskellige retninger, er tilstødende. Udvekslingsinteraktionen, der skaber magnetiseringen, er en kraft, der har tendens til at justere nærliggende dipoler, så de peger i samme retning. At tvinge tilstødende dipoler til at pege i forskellige retninger kræver energi. Derfor kræver en domænevæg ekstra energi, kaldet domænevægsenergien, som er proportional med væggens område.
således er nettobeløbet, som energien reduceres, når et domæne opdeles, lig med forskellen mellem den sparede magnetfeltenergi og den ekstra energi, der kræves for at skabe domænevæggen. Feltenergien er proportional med KUBEN af domænestørrelsen, mens domænevægsenergien er proportional med kvadratet af domænestørrelsen. Så når domænerne bliver mindre, falder nettoenergien, der spares ved opdeling. Domænerne fortsætter med at opdele i mindre domæner, indtil energiomkostningerne ved at oprette en ekstra domænevæg er lige lig med den sparede feltenergi. Derefter er domænerne af denne størrelse stabile. I de fleste materialer er domænerne mikroskopiske i størrelse, omkring 10-4 – 10-6 m.
magnetisk anisotropiedit
en yderligere måde for materialet til yderligere at reducere dets magnetostatiske energi er at danne domæner med magnetisering vinkelret på de andre domæner (diagram c, højre) i stedet for bare i modsatte parallelle retninger. Disse domæner, kaldet flukslukningsdomæner, tillader feltlinjerne at dreje 180 liter inden i materialet og danner lukkede sløjfer helt inden i materialet og reducerer den magnetostatiske energi til nul. Imidlertid medfører dannelse af disse domæner to ekstra energikostnader. For det første har krystalgitteret i de fleste magnetiske materialer magnetisk anisotropi, hvilket betyder, at det har en “let” magnetiseringsretning parallelt med en af krystalakserne. Ændring af magnetiseringen af materialet til enhver anden retning tager yderligere energi, kaldet “magnetokrystallinsk anisotropienergi”.
Magnetostriktionedit
de andre energikostnader til oprettelse af domæner med magnetisering i en vinkel til den “lette” retning skyldes fænomenet kaldet magnetostriktion. Når magnetiseringen af et stykke magnetisk materiale ændres til en anden retning, forårsager det en lille ændring i sin form. Ændringen i magnetfelt får de magnetiske dipolmolekyler til at ændre form lidt, hvilket gør krystalgitteret længere i en dimension og kortere i andre dimensioner. Da det magnetiske domæne imidlertid” klemmes ind ” med dets grænser, der holdes stive af det omgivende materiale, kan det faktisk ikke ændre form. Så i stedet for at ændre retningen af magnetiseringen inducerer små mekaniske belastninger i materialet, hvilket kræver mere energi for at skabe domænet. Dette kaldes”magnetoelastisk anisotropi energi”.
for at danne disse lukningsdomæner med “sidelæns” magnetisering kræver yderligere energi på grund af de ovennævnte to faktorer. Så flukslukkedomæner dannes kun, hvor den sparede magnetostatiske energi er større end summen af “udvekslingsenergien” for at skabe domænevæggen, den magnetokrystallinske anisotropienergi og den magnetoelastiske anisotropienergi. Derfor er det meste af materialets volumen besat af domæner med magnetisering enten “op” eller “ned” langs den “lette” retning, og strømningslukningsdomænerne dannes kun i små områder ved kanterne af de andre domæner, hvor de er nødvendige for at tilvejebringe en sti for magnetfeltlinjer til at ændre retning (diagram c, ovenfor).
Kornstrukturredit
ovenstående beskriver magnetisk domænestruktur i et perfekt krystalgitter, som ville findes i en enkelt krystal af jern. Imidlertid er de fleste magnetiske materialer polykrystallinske, sammensat af mikroskopiske krystallinske korn. Disse korn er ikke det samme som domæner. Hvert korn er en lille krystal, med krystalgitteret af separate korn orienteret i tilfældige retninger. I de fleste materialer er hvert korn stort nok til at indeholde flere domæner. Hver krystal har en” let ” magnetiseringsakse og er opdelt i domæner med magnetiseringsaksen parallelt med denne akse i alternative retninger.
“magnetiseret” hedder detdet
det kan ses, at selv om næsten alle magnetiske dipoler i et stykke ferromagnetisk materiale i mikroskopisk skala er opstillet parallelt med deres naboer i domæner, hvilket skaber stærke lokale magnetfelter, resulterer energiminimering i en domænestruktur, der minimerer det store magnetfelt. I sin laveste energitilstand peger magnetiseringen af nabodomæner i forskellige retninger og begrænser feltlinjerne til mikroskopiske sløjfer mellem nabodomæner i materialet, så de kombinerede felter annullerer på afstand. Derfor har et bulkstykke ferromagnetisk materiale i sin laveste energitilstand ringe eller intet eksternt magnetfelt. Materialet siges at være”umagnetiseret”.domænerne kan dog også eksistere i andre konfigurationer, hvor deres magnetisering for det meste peger i samme retning og skaber et eksternt magnetfelt. Selvom disse ikke er minimale energikonfigurationer, kan de på grund af et fænomen, hvor domænevæggene bliver “fastgjort” til defekter i krystalgitteret, være lokale minimum af energien og kan derfor være meget stabile. Anvendelse af et eksternt magnetfelt på materialet kan få domænevæggene til at bevæge sig, hvilket får domænerne på linje med feltet til at vokse, og de modsatte domæner krymper. Når det eksterne felt fjernes, forbliver domænevæggene fastgjort i deres nye retning, og de justerede domæner producerer et magnetfelt. Dette er hvad der sker, når et stykke ferromagnetisk materiale “magnetiseres” og bliver en permanent magnet.opvarmning af en magnet, der udsætter den for vibrationer ved at hamre den eller anvende et hurtigt oscillerende magnetfelt fra en degaussing-spole, har tendens til at trække domænevæggene fri for deres fastgjorte tilstande, og de vil vende tilbage til en lavere energikonfiguration med mindre eksternt magnetfelt og således “demagnetisere” materialet.