Por domínios formEdit
A razão de um pedaço de material magnético, como o ferro, espontaneamente, divide-se em domínios separados, em vez de existir em um estado com magnetização na mesma direção durante todo o material, para minimizar a sua energia interna. Uma grande região de material ferromagnético com uma magnetização constante por todo o lado irá criar um grande campo magnético que se estende para o espaço exterior (diagrama a, à direita). Isto requer muita energia Magnetostática armazenada no campo. Para reduzir esta energia, a amostra pode se dividir em dois domínios, com a magnetização em direções opostas em cada domínio (Diagrama B à direita). As linhas de campo magnético passam em loops em direções opostas através de cada domínio, reduzindo o campo fora do material. Para reduzir ainda mais a energia do campo, cada um destes domínios pode se dividir também, resultando em domínios paralelos menores com magnetização em direções alternadas, com quantidades menores de campo fora do material.
A estrutura de domínio dos materiais magnéticos reais não se forma normalmente pelo processo de grandes domínios se dividindo em pequenos, como descrito aqui. Quando uma amostra é resfriada abaixo da temperatura de Curie, por exemplo, a configuração do domínio de equilíbrio simplesmente aparece. Mas os domínios podem se dividir, e a descrição da Divisão de domínios é frequentemente usada para revelar os tradeoffs de energia na formação de domínio.
tamanho do domainsEdit
como explicado acima um domínio que é muito grande é instável, e irá dividir-se em domínios menores. Mas um domínio pequeno o suficiente será estável e não será dividido, e isso determina o tamanho dos domínios criados em um material. Este tamanho depende do equilíbrio de várias energias dentro do material. Cada vez que uma região de magnetização se divide em dois domínios, ela cria uma parede de domínio entre os domínios, onde dipolos magnéticos (moléculas) com magnetização apontando em direções diferentes são adjacentes. A interação de troca que cria a magnetização é uma força que tende a alinhar dipolos próximos para que eles apontem na mesma direção. Forçar dipolos adjacentes a apontar em diferentes direções requer energia. Portanto, uma parede de domínio requer energia extra, chamada de energia de parede de domínio, que é proporcional à área da parede.
assim, a quantidade líquida que a energia é reduzida quando um domínio se divide é igual à diferença entre a energia do campo magnético economizada, e a energia adicional necessária para criar a parede de domínio. A energia do campo é proporcional ao cubo do tamanho do domínio, enquanto a energia da parede do domínio é proporcional ao quadrado do tamanho do domínio. Assim, à medida que os domínios ficam menores, a energia líquida economizada pela divisão diminui. Os domínios continuam se dividindo em domínios menores até que o custo de energia de criação de uma parede de domínio adicional é apenas igual ao campo de energia economizada. Então os domínios deste tamanho são estáveis. Na maioria dos materiais os domínios são de dimensões microscópicas, em torno de 10-4 – 10-6 m.
Magnéticos anisotropyEdit
uma maneira adicional para o material reduzir ainda mais sua energia Magnetostática é formar domínios com magnetização em ângulos retos para os outros domínios (Diagrama c, direita), em vez de apenas em direções paralelas opostas. Esses domínios, chamados de domínios de fechamento de fluxo, permitem que as linhas de campo girem 180° dentro do material, formando loops fechados inteiramente dentro do material, reduzindo a energia Magnetostática a zero. No entanto, a formação destes domínios implica dois custos adicionais de energia. Primeiro, a estrutura cristalina da maioria dos materiais magnéticos tem anisotropia magnética, o que significa que tem uma direção “fácil” de magnetização, paralela a um dos eixos de cristal. Mudar a magnetização do material para qualquer outra direção requer energia adicional, chamada de “energia anisotropia magnetocristalina”.
MagnetostrictionEdit
o outro custo de energia para a criação de Domínios com magnetização em um ângulo para a direção “fácil” é causado pelo fenômeno chamado magnetostriction. Quando a magnetização de um pedaço de material magnético é mudada para uma direção diferente, ela provoca uma ligeira mudança em sua forma. A mudança no campo magnético faz com que as moléculas de dipolo magnético mudem de forma ligeiramente, fazendo com que a estrutura de cristal seja mais longa em uma dimensão e mais curta em outras dimensões. No entanto, uma vez que o domínio magnético é “esmagado” com seus limites mantidos rígidos pelo material circundante, ele não pode realmente mudar de forma. Então, ao invés disso, mudar a direção da magnetização induz minúsculas tensões mecânicas no material, exigindo mais energia para criar o domínio. Isto é chamado de “energia anisotropia magnetoelástica”.
para formar estes domínios de fechamento com magnetização “lateral” requer energia adicional devido aos dois fatores acima mencionados. Assim, os domínios de fechamento de fluxo só se formarão onde a energia Magnetostática economizada é maior do que a soma da “energia de troca” para criar a parede de domínio, a energia anisotropia magnetocristalina, e a energia anisotropia magnetoelástica. Portanto, a maior parte do volume do material é ocupada por domínios com magnetização ou “de cima” ou “para baixo”, junto a “fácil” a direção e o fluxo de encerramento domínios única forma de pequenas áreas nas bordas de outros domínios onde eles são necessários para fornecer um caminho para as linhas do campo magnético para mudar de direção (diagrama c, acima).
structureEdit de grãos
o acima descreve a estrutura do domínio magnético em uma estrutura cristalina perfeita, tal como seria encontrado em um único cristal de ferro. No entanto, a maioria dos materiais magnéticos são policristalinos, compostos de grãos cristalinos microscópicos. Estes grãos não são os mesmos que domínios. Cada grão é um pequeno cristal, com os reticulados de cristal de grãos separados orientados em direções aleatórias. Na maioria dos materiais, cada grão é grande o suficiente para conter vários domínios. Cada cristal tem um eixo “fácil” de magnetização, e é dividido em domínios com o eixo de magnetização paralela a este eixo, em direções alternativas.
“Magnetizado” statesEdit
por Isso, pode ser visto que, embora em uma escala microscópica quase todos os dipolos magnéticos em um pedaço de material ferromagnético são alinhados paralelamente a seus vizinhos domínios, criação de fortes campos magnéticos, de energia, minimização resulta em uma estrutura de domínio que minimiza o grande escala do campo magnético. Em seu estado de energia mais baixo, a magnetização de domínios vizinhos apontam em diferentes direções, confinando as linhas de campo a laços microscópicos entre domínios vizinhos dentro do material, de modo que os campos combinados cancelam a uma distância. Portanto, um pedaço maior de material ferromagnético em seu estado de energia mais baixo tem pouco ou nenhum campo magnético externo. O material é dito ser “unmagnetized”.
no entanto, os domínios também podem existir em outras configurações nas quais sua magnetização aponta na mesma direção, criando um campo magnético externo. Embora estas não sejam configurações de energia mínima, devido a um fenômeno onde as paredes de domínio se tornam “presas” a defeitos na estrutura de cristal, eles podem ser mínimos locais da energia, e, portanto, podem ser muito estáveis. A aplicação de um campo magnético externo ao material pode fazer com que as paredes do domínio se movam, fazendo com que os domínios alinhados com o campo cresçam, e os domínios opostos encolham. Quando o campo externo é removido, as paredes de domínio permanecem presas em sua nova orientação e os domínios alinhados produzem um campo magnético. Isto é o que acontece quando um pedaço de material ferromagnético é “magnetizado” e se torna um íman permanente.aquecendo um íman, submetendo-o a vibrações martelando-o, ou aplicando um campo magnético de oscilação rápida a partir de uma bobina de desmagnetização, tende a puxar as paredes de domínio livres de seus Estados fixos, e eles retornarão a uma configuração de energia mais baixa com um campo magnético menos externo, assim “desmagnetizando” o material.