Para un material a granel dado, el tamaño de los dominios ferromagnéticos se determina equilibrando el costo de energía de formar una pared de dominio con el ahorro de energía de reducir la energía de desmagnetización (también conocida como energía magnetostatica o energía dipolar). Por lo tanto, el tamaño de los dominios magnéticos debe ser independiente del tamaño del imán permanente, suponiendo que no esté en una geometría restringida (película delgada, aguja, nanocristales) y que no se someta a una preparación especial (por ejemplo, sometiéndolo a un campo magnético a alinear todos los dominios; poner defectos en las paredes del dominio de pin).
fuente de imagen: dominio magnético
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La imagen de arriba ilustra la formación de dominio en un ferromagnet. Las flechas fuera del imán representan el campo de desmagnetización que se desarrolla porque la magnetización se detiene abruptamente en el borde de la muestra. La energía asociada con este campo (que se mide por unidad de volumen) suele ser difícil de calcular, pero para una muestra elipsoidal se reduce a [matemáticas] E_ {desmagnetización} = \ frac {1} {2} \ mu_0 NM ^ 2 V [/ math] donde M es la magnetización, V es el volumen y N es una desmagnetización (o factor de anisotropía de la forma (por ejemplo, es 1/3 para una esfera, 1/2 para un elipsoide circular largo a lo largo de las direcciones cortas).
La energía del muro de dominio (dada por unidad de área) depende de cómo se vea microscópicamente el muro de dominio. Si solo consiste en dos giros adyacentes que apuntan en direcciones opuestas cuando quieren apuntar en la misma dirección (que generalmente no es energéticamente favorable), la densidad de energía será [matemática] \ sigma = \ frac {JS ^ 2} { a ^ 2} [/ math], donde J es la energía de intercambio, S es el espín y a es el espacio entre los sitios magnéticos. Una configuración más realista de un muro de dominio (aunque no el único) es un muro de Bloch donde los giros adyacentes se giran un poco alejados entre sí, de modo que el muro de dominio tiene cierto ancho. La energía por área de un muro de Bloch (BW) viene dada por [math] \ sigma_ {BW} = \ pi S \ sqrt {\ frac {2JK} {a}} [/ math] donde K es una anisotropía dependiente de los materiales parámetro, que es más grande en materiales donde los giros realmente no quieren estar en las orientaciones intermedias entre una magnetización y la otra. [1]
Bloch domain wall (B) en el que la magnetización gira gradualmente 180 grados de A a C. Fuente: dominio wall (magnetismo)
El tamaño del dominio magnético se optimiza cuando la energía de desmagnetización de su volumen está equilibrada por la energía de formación de dominio de su área de superficie. Esto dependerá de una serie de parámetros dependientes de los materiales, como la energía de intercambio magnético (J) y la constante de anisotropía (K), pero no depende del tamaño total del fragmento de material magnético. Sin embargo, en materiales reales, el tamaño de los dominios magnéticos se ve afectado por la forma en que se prepara (¿se enfría rápidamente? ¿Se coloca en un campo magnético? ¿Material policristalino?), Que no se captura con estos simples argumentos.
Notas al pie
[1] Magnetismo en materia condensada (Oxford Master Series in Physics): Stephen Blundell: 9780198505914: Amazon.com: Libros
