miért domének formEdit
az ok egy darab mágneses az olyan anyag, mint a vas, spontán módon külön doménekre oszlik, ahelyett, hogy az anyag egészében azonos irányban mágnesezett állapotban létezne, a belső energia minimalizálása. A ferromágneses anyag nagy része, állandó mágnesezéssel, nagy mágneses teret hoz létre, amely kiterjed a külső térbe (a ábra, jobbra). Ez sok magnetosztatikus energiát igényel a terepen. Ennek az energiának a csökkentése érdekében a minta Két doménre osztható, az egyes tartományokban ellentétes irányú mágnesezéssel (B ábra jobbra). A mágneses mező vonalai ellentétes irányú hurkokban haladnak át az egyes tartományokon keresztül, csökkentve az anyagon kívüli mezőt. A térenergia további csökkentése érdekében ezen domének mindegyike megosztható is, ami kisebb párhuzamos doméneket eredményez váltakozó irányú mágnesezéssel, kisebb mennyiségű mezővel az anyagon kívül.
a tényleges mágneses anyagok tartományszerkezete általában nem úgy alakul ki, hogy a nagy domének kisebbre oszlanak, amint azt itt leírtuk. Ha például egy mintát a Curie-hőmérséklet alá hűtünk, akkor egyszerűen megjelenik az egyensúlyi tartomány konfigurációja. De a domainek feloszthatók, és a domainek felosztásának leírását gyakran használják a domainek kialakításában tapasztalható energia-kompromisszumok feltárására.
domainsEdit
mint fentebb kifejtettük, a túl nagy tartomány instabil, és kisebb tartományokra oszlik. De egy elég kicsi tartomány stabil lesz, és nem oszlik meg, és ez határozza meg az anyagban létrehozott tartományok méretét. Ez a méret az anyagon belüli több energia egyensúlyától függ. Minden alkalommal, amikor egy mágnesezési régió két doménre bomlik, létrehoz egy doménfalat a domének között, ahol a különböző irányokba mutató mágnesezéssel rendelkező mágneses dipólusok (molekulák) szomszédosak. A mágnesezést létrehozó csereinterakció olyan erő, amely hajlamos a közeli dipólusok igazítására, így ugyanabba az irányba mutatnak. A szomszédos dipólusok különböző irányokba történő kényszerítése energiát igényel. Ezért egy tartományfal extra energiát igényel, az úgynevezett tartományfal energiáját, amely arányos a fal területével.
így az energia nettó mennyisége csökken, Amikor egy tartomány hasad, megegyezik a mágneses tér megtakarított energiája és a tartományfal létrehozásához szükséges további energia különbségével. A térenergia arányos a tartomány méretének kockájával, míg a tartományfal energiája arányos a tartomány méretének négyzetével. Tehát, ahogy a domének kisebbek lesznek, a felosztás által megtakarított nettó energia csökken. A domének addig osztódnak kisebb doménekre, amíg egy további doménfal létrehozásának energiaköltsége éppen megegyezik a megtakarított terepi energiával. Ezután az ilyen méretű tartományok stabilak. A legtöbb anyagban a domének mikroszkopikus méretűek, körülbelül 10-4 – 10-6 m.
mágneses anizotrópiaedit
Az anyag magnetosztatikus energiájának további csökkentésének további módja az, ha a többi doménhez képest derékszögben mágnesezett doméneket képez (C ábra, jobbra), ahelyett, hogy csak ellentétes párhuzamos irányokban. Ezek a domének, az úgynevezett fluxuszáró domének, lehetővé teszik a mezővonalak számára, hogy az anyagon belül 180% – ot fordítsanak, zárt hurkokat képezve teljes egészében az anyagon belül, csökkentve a magnetosztatikus energiát nullára. Ezeknek a területeknek a kialakítása azonban két további energiaköltséggel jár. Először is, a legtöbb mágneses anyag kristályrácsának mágneses anizotrópiája van, ami azt jelenti, hogy “könnyű” mágnesezési iránya van, párhuzamosan az egyik kristálytengellyel. Az anyag mágnesezésének bármely más irányba történő megváltoztatása további energiát igényel, amelyet “magnetokristályos anizotróp energiának”neveznek.
MagnetostrictionEdit
a “könnyű” irányhoz képest szögben mágnesezett domének létrehozásának másik energiaköltségét a magnetostrikciónak nevezett jelenség okozza. Amikor egy darab mágneses anyag mágnesezése más irányba változik, enyhe változást okoz az alakjában. A mágneses mező változása miatt a mágneses dipólmolekulák kissé megváltoztatják az alakjukat, így a kristályrács egy dimenzióban hosszabb, más dimenziókban rövidebb lesz. Mivel azonban a mágneses domént a környező anyag által mereven tartott határokkal “összenyomják”, valójában nem változtathatja meg az alakját. Tehát ehelyett a mágnesezés irányának megváltoztatása apró mechanikai feszültségeket vált ki az anyagban, több energiát igényel a tartomány létrehozásához. Ezt nevezik “magnetoelasztikus anizotrópia energiának”.
ezeknek a záró doméneknek az “oldalirányú” mágnesezéssel történő kialakításához a fent említett két tényező miatt további energiára van szükség. Tehát a fluxuszáró domének csak akkor alakulnak ki, ha a megtakarított magnetosztatikus energia nagyobb, mint a doménfal, a magnetokristályos anizotrópia energia és a magnetoelasztikus anizotrópia energia létrehozásához szükséges “csereenergia” összege. Ezért az anyag térfogatának nagy részét olyan domének foglalják el, amelyek mágnesezése “fel” vagy “le” a “könnyű” irány mentén, és a fluxuszáró domének csak kis területeken alakulnak ki a többi domén szélein, ahol ezekre szükség van ahhoz, hogy utat biztosítsanak a mágneses térvonalak számára az irány megváltoztatásához (C ábra, fent).
Grain structureEdit
a fentiek a mágneses domén struktúrát írják le egy tökéletes kristályrácsban,például egy vaskristályban. A legtöbb mágneses anyag azonban polikristályos, mikroszkopikus kristályos szemcsékből áll. Ezek a szemek nem azonosak a doménekkel. Minden gabona egy kis kristály, a különálló szemcsék kristályrácsai véletlenszerű irányban vannak orientálva. A legtöbb anyagban minden gabona elég nagy ahhoz, hogy több domént tartalmazzon. Minden kristálynak van egy” könnyű ” mágnesezési tengelye, és olyan tartományokra oszlik, amelyeknek a mágnesezési tengelye párhuzamos ezzel a tengellyel, alternatív irányokban.
“Magnetized” statesEdit
látható, hogy bár mikroszkopikus léptékben a ferromágneses anyag egy darabjában lévő szinte minden mágneses dipólus párhuzamosan helyezkedik el a szomszédaikkal a doménekben, erős helyi mágneses mezőket hozva létre, az energia minimalizálása olyan tartományszerkezetet eredményez, amely minimalizálja a nagyméretű mágneses teret. Legalacsonyabb energiaállapotában a szomszédos domének mágnesezése különböző irányokba mutat, a mezővonalakat az anyagon belüli szomszédos domének közötti mikroszkopikus hurkokra korlátozva, így az egyesített mezők távolról törlődnek. Ezért a ferromágneses anyag ömlesztett darabjának a legalacsonyabb energiaállapotában kevés vagy egyáltalán nincs külső mágneses tere. Azt mondják, hogy az anyag “mágnesezetlen”.
a tartományok azonban más konfigurációkban is létezhetnek, amelyekben mágnesezésük többnyire ugyanabba az irányba mutat, külső mágneses teret hozva létre. Bár ezek nem minimális energiakonfigurációk, egy olyan jelenség miatt, amikor a tartományfalak a kristályrács hibáihoz “rögzülnek”, az energia helyi minimumai lehetnek, ezért nagyon stabilak lehetnek. Külső mágneses mező alkalmazása az anyagra mozgathatja a tartományfalakat, aminek következtében a mezőhöz igazított domének növekednek, az ellentétes domének pedig zsugorodnak. A külső mező eltávolításakor a tartományfalak új tájolásukban maradnak rögzítve, az igazított tartományok pedig mágneses mezőt hoznak létre. Ez történik, amikor egy darab ferromágneses anyagot” mágneseznek”, és állandó mágnesré válnak.
egy mágnes melegítése, rezgésnek kitéve kalapálással, vagy egy gyorsan oszcilláló mágneses mező alkalmazása egy degaussing tekercsből, hajlamos arra, hogy a tartományfalakat szabadon húzza a rögzített állapotuktól, és alacsonyabb energiakonfigurációhoz térnek vissza, kevesebb külső mágneses mezővel, ezáltal “demagnetizálva” az anyagot.