畴壁结构和畴壁能.PDF

4.2 畴壁结构和畴壁能 一.畴壁及畴壁分类 二.Bloch壁的结构和畴壁能 三.Neel壁的结构和畴壁能 四.十字壁 五.畴壁的动态性质 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。 参考姜书4.7，4.8节 一. 畴壁及畴壁分类 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 180 壁和90 壁两种类型。在具有单轴各向异性的理想晶体  中，只有180 壁。在K ＞0 的理想立方晶体中有180 壁和  1 90 壁两种类型。在K ＜0 的理想立方晶体中除去180 壁外，  1 还可能有109 和71 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180 和90 壁为例进行讨论。  立方晶系，易磁向 〈100〉 畴 180畴壁 180壁 和90壁 90壁 立方晶系,易磁向 〈111〉，有180壁 ，71壁和109壁 71° 109° 二. Bloch壁的结构特性和畴壁能 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。 Bloch 180 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。 Bloch180 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，90 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。 畴壁厚度和畴壁能的估算 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。 180 畴壁厚度和畴壁能估算 设畴壁厚度为N个，原子间距a 。假定单层单位畴壁面积 2 上有1/a 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) 2 2  1  2   2  AS N AS ex     2 2 N a Na   磁晶各向异性能平均密度可以近似表示为： K Na