Mur de domaine (magnétisme) - Domain wall (magnetism)
Un mur de domaine est un terme utilisé en physique qui peut avoir des significations similaires en magnétisme , en optique ou en théorie des cordes . Ces phénomènes peuvent tous être décrits de manière générique comme des solitons topologiques qui se produisent chaque fois qu'une symétrie discrète est spontanément brisée .
Magnétisme
En magnétisme , une paroi de domaine est une interface séparant des domaines magnétiques . Il s'agit d'une transition entre différents moments magnétiques et subit généralement un déplacement angulaire de 90° ou 180°. Un mur de domaine est une réorientation progressive des moments individuels sur une distance finie . L'épaisseur de la paroi du domaine dépend de l'anisotropie du matériau, mais s'étend en moyenne sur environ 100 à 150 atomes.
L'énergie d'une paroi de domaine est simplement la différence entre les moments magnétiques avant et après la création de la paroi de domaine. Cette valeur est généralement exprimée en énergie par unité de surface de paroi.
La largeur de la paroi du domaine varie en raison des deux énergies opposées qui la créent : l' énergie d' anisotropie magnétocristalline et l'énergie d'échange ( ), qui tendent toutes deux à être aussi faibles que possible pour être dans un état énergétique plus favorable. L'énergie d'anisotropie est la plus faible lorsque les moments magnétiques individuels sont alignés avec les axes du réseau cristallin, réduisant ainsi la largeur de la paroi du domaine. A l'inverse, l'énergie d'échange est réduite lorsque les moments magnétiques sont alignés parallèlement les uns aux autres et rend ainsi la paroi plus épaisse, en raison de la répulsion entre eux (où l'alignement anti-parallèle les rapprocherait, travaillant à réduire l'épaisseur de la paroi). Au final, un équilibre est atteint entre les deux et la largeur de la paroi du domaine est fixée comme telle.
Une paroi de domaine idéale serait totalement indépendante de la position, mais les structures ne sont pas idéales et restent donc bloquées sur des sites d'inclusion dans le milieu, également connus sous le nom de défauts cristallographiques . Ceux-ci incluent des atomes (étrangers) manquants ou différents, des oxydes, des isolants et même des contraintes dans le cristal. Cela empêche la formation de parois de domaine et inhibe également leur propagation à travers le milieu. Ainsi, un champ magnétique appliqué plus important est nécessaire pour surmonter ces sites.
Notez que les parois du domaine magnétique sont des solutions exactes aux équations non linéaires classiques des aimants ( modèle de Landau–Lifshitz , équation de Schrödinger non linéaire et ainsi de suite).
Symétrie des parois de domaines multiferroïques
Les parois de domaines pouvant être considérées comme des couches minces, leur symétrie est décrite par l'un des 528 groupes de couches magnétiques. Pour déterminer les propriétés physiques de la couche, une approximation continue est utilisée qui conduit à des groupes de couches ponctuels. Si l' opération de traduction continue est considérée comme une identité , ces groupes se transforment en groupes de points magnétiques . Il a été démontré qu'il existe 125 de ces groupes. Il a été découvert que si un groupe ponctuel magnétique est pyroélectrique et/ou pyromagnétique, alors la paroi du domaine porte respectivement la polarisation et/ou l' aimantation . Ces critères ont été dérivés des conditions d'apparition de la polarisation et/ou de l' aimantation uniformes . Après leur application à toute région inhomogène, ils prédisent l'existence de parties paires en fonction de la distribution des paramètres d'ordre. L'identification des parties impaires restantes de ces fonctions a été formulée sur la base de transformations de symétrie qui relient les domaines . La classification de symétrie des parois de domaines magnétiques contient 64 groupes de points magnétiques .
Des prédictions basées sur la symétrie de la structure des parois du domaine multiferroïque ont été prouvées en utilisant un couplage phénoménologique via des dérivées spatiales d' aimantation et/ou de polarisation ( flexomagnétoélectrique ).
Dépinçage d'un mur de domaine
Des inclusions non magnétiques dans le volume d'un matériau ferromagnétique, ou des dislocations dans la structure cristallographique, peuvent provoquer un "pinning" des parois du domaine (voir animation). De tels sites d'épinglage font que la paroi du domaine se trouve dans un minimum d'énergie local et un champ externe est nécessaire pour « détacher » la paroi du domaine de sa position épinglée. L'acte de détachement provoquera un mouvement soudain de la paroi du domaine et un changement soudain du volume des deux domaines voisins ; cela provoque le bruit de Barkhausen .
Types de murs
Mur de Bloch
Une paroi de Bloch est une région de transition étroite à la frontière entre les domaines magnétiques , sur laquelle l' aimantation change de sa valeur dans un domaine à celle dans le suivant, du nom du physicien Felix Bloch . Dans une paroi de domaine de Bloch, l'aimantation tourne autour de la normale de la paroi de domaine (en d'autres termes, l'aimantation pointe toujours le long du plan de paroi de domaine dans un système 3D), contrairement aux parois de domaine de Néel.
Les parois de domaine de Bloch apparaissent dans les matériaux en vrac, c'est-à-dire lorsque les tailles de matériau magnétique sont considérablement plus grandes que la largeur de paroi de domaine (selon la définition de largeur de Lilley). Dans ce cas, l'énergie du champ de démagnétisation n'a pas d'impact sur la structure micromagnétique de la paroi. Les cas mixtes sont également possibles lorsque le champ de démagnétisation modifie les domaines magnétiques ( direction de l' aimantation dans les domaines) mais pas les parois des domaines.
mur de Néel
Une paroi de Néel est une région de transition étroite entre des domaines magnétiques , du nom du physicien français Louis Néel . Dans la paroi de Néel, l' aimantation tourne doucement de la direction d'aimantation dans le premier domaine à la direction d'aimantation dans le second. Contrairement aux parois de Bloch, l'aimantation tourne autour d'une ligne orthogonale à la normale de la paroi du domaine (en d'autres termes, elle tourne de telle sorte qu'elle pointe hors du plan de la paroi du domaine dans un système 3D). Il se compose d'un noyau avec une rotation variable rapide (où l'aimantation est presque orthogonale aux deux domaines) et de deux queues où la rotation décroît de manière logarithmique. Les parois de Néel sont le type de paroi de domaine magnétique commun dans les films très minces où la longueur d'échange est très grande par rapport à l'épaisseur. Les parois de Néel s'étendraient sur tout le volume sans l'anisotropie magnétique .
Voir également
Les références
Liens externes
- Illustration d'un mur Bloch et Néel
- Animation de transition de mur de Bloch
- Stabilité 2-d du mur de Néel , Antonio DeSimone, Hans Knüpfer et Felix Otto dans Calculus of Variations and Partial Differential Equations , 2006