[理学]磁畴结构.ppt

4.2 畴壁结构和畴壁能 一. 畴壁及畴壁分类 二. Bloch壁的结构特性和畴壁能 畴壁厚度和畴壁能的估算 1800畴壁厚度和畴壁能估算 900Bloch壁的计算结果如下 三. Neel壁的结构和畴壁能 布洛赫壁 Neel壁 四. 十字壁 五. 畴壁的动态性质 习题四 * 畴壁及畴壁分类： Bloch壁的结构和畴壁能： Neel壁的结构和畴壁能： 十字壁 畴壁的动态性质 参考姜书4.7，4.8节 在讨论磁畴结构之前，我们先分析畴壁的性质，因为畴壁的性质往往影响着磁畴的结构。 理论和实验都证明，在两个相邻磁畴之间原子层的自旋取向由于交换作用的缘故，不可能发生突变，而是逐渐的变化，从而形成一个有一定厚度的过渡层，称为畴壁。 按畴壁两边磁化矢量的夹角来分类，可以把畴壁分成1800壁和900壁两种类型。在具有单轴各向异性的理想晶体中，只有1800壁。在 K1＞0 的理想立方晶体中有1800壁和900壁两种类型。在 K1＜0 的理想立方晶体中除去1800和900壁外，还可能有1090和710壁，实际晶体中，由于不均匀性，情况要复杂得多，但理论上仍常以1800和900壁为例进行讨论。 立方晶系，易磁向〈100〉 180壁 和90壁 180畴壁 畴 90壁 立方晶系,易磁向〈111〉，有180壁 ，71壁和109壁 71° 109° 畴壁的概念最早是Bloch提出的，Neel 分析了它的结构：在大块晶体中，当磁化矢量从一个磁畴内的方向过渡到相邻磁畴内的方向时，转动的仅仅是平行于畴壁的分量，垂直于畴壁的分量保持不变，这样就避免了在畴壁的两侧产生磁荷，防止了退磁能的产生。这种结构的畴壁称作Bloch壁。 Bloch1800壁的结构：为保证自发磁化强度在畴壁法线方向的分量连续，畴壁应取如图方式。 Bloch1800畴壁中原子层电子自旋方向的转变形式： 为满足没有内部磁极因而没有退磁场这一要求， 900畴壁取向应为相邻两畴自发磁化强度夹角的平分面。 Bloch型90壁中的自旋取向沿锥面旋转，以保持垂直于畴壁平面的分量不变，避免了在畴壁两侧产生退磁能。 即：畴壁中的原子磁矩取向始终保持与畴壁法线夹角不变。 畴壁厚度主要取决于交换能与各向异性能的平衡。交换作用能要求相邻原子层间转角越小越好，以致畴壁厚度无限大，然而畴壁中磁化强度对易磁化方向的偏离又带来各向异性能的增加，后者要求畴壁越窄越好，两者的综合考虑决定了畴壁的厚度。 畴壁能的讨论一般使用单位面积畴壁能的概念，即单位畴壁面积的能量，它和单位体积能量不同，与畴壁厚度密切相关。 设畴壁厚度为N个原子间距 a。假定单层单位畴壁面积上有1/a2个原子，原子自旋均匀转向，则单位畴壁面积的交换能的面密度为： (A为交换积分 ) 磁晶各向异性能平均密度可以近似表示为： δ＝Na 为畴壁厚度，畴壁能密度为 求能量极小值的条件 得到： 带回表达式中，有： 畴壁厚度稳定值处 交换能和磁晶各向 异性能数值相等。 以上半定量分析中可以看出：畴壁能处于极小值的条件是交换能密度等于磁晶各向异性能密度。在畴壁各处都应满足此要求，因而磁晶各向异性能小的区域，相邻层电子自旋的转角小，磁晶各向异性能大的区域，相邻层电子自旋的转角大，显然均匀转角的假定是不对的。 代入铁之数据，估算数值： 上面的估算只考虑了磁晶各向异性，如果存在其它各向异性，则必须也在考虑之内。 显然，估算是过分简单了，但更加严格的计算也只是给出了相同的量级，所以从简单估算结果中给出的定性分析是正确的。 参照：如果在垂直于畴壁的方向上有磁荷，则产生的退磁能密度要大得多： 比较严格的采用变分法给出1800Bloch壁计算结果是： 六角晶系单轴各向异性： 转角曲线，中间快 δ 这里： 见姜书P244 立方晶系： K1＞0 时， （以上详见姜书p242-250） 按照变分理论计算，畴壁厚度不是一个收敛解，当θ→900时，厚度趋于无穷，1800壁不能存在，而要分为相隔无限远的两个900壁，但理论上的这个困难并不是真实的，考虑到磁致伸缩能的影响后，两个分离的90壁必然连成一片，成为一个180壁。 从物理学的观点看，畴壁宽度是难以准确表示的，因此 常把下式称作畴壁宽度参量（或说单位） . 而把 称作畴壁能密度单位 在只考虑磁晶各向异性和交换作用的情况下，畴壁厚度和单位面积畴壁能量可以一般表示为： 其中c1,c2 是与晶体